Номер 5, страница 18, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 2. Основы термодинамики. Параграф 7. Внутренняя энергия термодинамической системы - номер 5, страница 18.

Условие.

5. Используя результаты задачи 4, заполните таблицу.

Процесс для данного газа	Увеличивается, уменьшается или не изменяется
	среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул	внутренняя энергия газа
Нагревание
Охлаждение

Решение.

Для заполнения таблицы необходимо проанализировать связь между температурой, средней скоростью движения молекул и внутренней энергией идеального газа, основываясь на положениях молекулярно-кинетической теории (МКТ).

Согласно МКТ, температура тела является мерой средней кинетической энергии хаотического движения его молекул. Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы ($E_k$) прямо пропорциональна абсолютной температуре газа ($\text{T}$): $E_k = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ – постоянная Больцмана.

Так как кинетическая энергия связана со скоростью ($\text{v}$) и массой молекулы ($m_0$) соотношением $E_k = \frac{m_0\overline{v^2}}{2}$, где $\overline{v^2}$ – средний квадрат скорости, то из этого следует, что средняя скорость движения молекул напрямую зависит от температуры. При увеличении температуры средняя кинетическая энергия молекул возрастает, а значит, возрастает и их средняя скорость.

Внутренняя энергия идеального газа ($\text{U}$) определяется как сумма кинетических энергий всех его молекул (потенциальной энергией взаимодействия молекул в модели идеального газа пренебрегают). Следовательно, внутренняя энергия также прямо пропорциональна абсолютной температуре: $U = \frac{i}{2}\frac{m}{M}RT$, где $\text{i}$ – число степеней свободы молекулы газа, $\text{m}$ – масса газа, $\text{M}$ – его молярная масса, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная. Из этой формулы видно, что при постоянном количестве газа ($m/M = \text{const}$) внутренняя энергия зависит только от температуры ($U \sim T$).

На основе этих выводов проанализируем указанные в таблице процессы.

Нагревание
Процесс нагревания газа означает повышение его температуры ($\text{T}$).
1. Поскольку температура является мерой средней кинетической энергии молекул, её повышение приводит к увеличению этой энергии. Увеличение кинетической энергии означает, что среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул увеличивается.
2. Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Следовательно, при повышении температуры внутренняя энергия газа увеличивается.

Ответ: При нагревании и среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул, и внутренняя энергия газа увеличиваются.

Охлаждение
Процесс охлаждения газа означает понижение его температуры ($\text{T}$).
1. С понижением температуры средняя кинетическая энергия молекул уменьшается. Это, в свою очередь, означает, что среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул уменьшается.
2. Так как внутренняя энергия прямо пропорциональна температуре, её понижение приводит к уменьшению внутренней энергии газа.

Ответ: При охлаждении и среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул, и внутренняя энергия газа уменьшаются.

Заполненная таблица:

Процесс для данного газа	Увеличивается, уменьшается или не изменяется
	среднее значение модуля скорости хаотического движения молекул	внутренняя энергия газа
Нагревание	Увеличивается	Увеличивается
Охлаждение	Уменьшается	Уменьшается