Номер 6.17, страница 30 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Тепловые явления. 6. Плавление и кристаллизация - номер 6.17, страница 30.

Условие.

6.17. У какого из тел внутренняя энергия больше: медного бруска массой 1 кг при температуре плавления или 1 кг расплавленной меди при той же температуре? Обоснуйте свой ответ.

Решение.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (в данном случае, атомов меди) и потенциальной энергии их взаимодействия.

$U = E_{\text{кин}} + E_{\text{пот}}$

Температура является мерой средней кинетической энергии частиц вещества. Поскольку и твердый медный брусок, и расплавленная медь имеют одинаковую массу и находятся при одной и той же температуре (температуре плавления), средняя кинетическая энергия их атомов одинакова.

Однако, чтобы расплавить медный брусок, находящийся при температуре плавления, необходимо подвести к нему определенное количество теплоты, которое называется теплотой плавления. Эта энергия, согласно первому закону термодинамики, идет на увеличение внутренней энергии вещества. Количество теплоты, необходимое для плавления, рассчитывается по формуле:

$Q = \lambda \cdot m$

где $\lambda$ — удельная теплота плавления меди, а $\text{m}$ — её масса.

Поскольку в процессе плавления температура не изменяется, вся подводимая энергия $\text{Q}$ расходуется не на увеличение кинетической энергии атомов, а на разрушение кристаллической решетки. Это приводит к увеличению среднего расстояния между атомами и, следовательно, к увеличению их потенциальной энергии взаимодействия.

Таким образом, внутренняя энергия 1 кг расплавленной меди будет больше внутренней энергии 1 кг твердого медного бруска на величину, равную количеству теплоты, затраченному на плавление.

$U_{\text{расплавленной меди}} > U_{\text{медного бруска}}$

Ответ: Внутренняя энергия больше у 1 кг расплавленной меди. Это связано с тем, что для перехода из твердого состояния в жидкое при постоянной температуре телу необходимо сообщить дополнительную энергию (теплоту плавления), которая идет на разрушение кристаллической решетки и увеличивает потенциальную энергию взаимодействия частиц.