Номер 3, страница 73 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Агрегатные состояния вещества. Параграф 20. Строение и свойства жидкостей. Задания и упражнения - номер 3, страница 73.

Условие.

3. Со дна водоёма всплывает пузырёк воздуха. Изменяется ли при этом:

a) внутренняя энергия газа в пузырьке;

б) потенциальная энергия пузырька?

Расширение газа происходит при постоянной температуре (изотермически).

Решение.

а) внутренняя энергия газа в пузырьке

Внутренняя энергия идеального газа зависит только от его температуры и количества вещества. Формула для внутренней энергии идеального газа: $U = \frac{i}{2}\nu RT$, где $\text{U}$ – внутренняя энергия, $\text{i}$ – число степеней свободы (для воздуха, состоящего в основном из двухатомных газов, $i=5$), $\nu$ – количество вещества (число молей), $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная, $\text{T}$ – абсолютная температура.

В условии задачи сказано, что процесс происходит при постоянной температуре (изотермически), то есть $T = \text{const}$. Количество газа в пузырьке также постоянно, $\nu = \text{const}$. Поскольку все величины, от которых зависит внутренняя энергия ($i, \nu, R, T$), являются постоянными, то и сама внутренняя энергия газа в пузырьке не изменяется.

Ответ: Внутренняя энергия газа в пузырьке не изменяется.

б) потенциальная энергия пузырька

Потенциальная энергия тела в поле тяготения Земли определяется его массой и высотой над условным нулевым уровнем. Формула потенциальной энергии: $E_p = mgh$, где $E_p$ – потенциальная энергия, $\text{m}$ – масса тела, $\text{g}$ – ускорение свободного падения, $\text{h}$ – высота.

Пузырёк воздуха всплывает со дна водоёма. Это означает, что его положение по вертикали изменяется – он поднимается вверх. Если принять за нулевой уровень дно водоёма, то по мере всплытия высота пузырька $\text{h}$ над этим уровнем увеличивается. Масса воздуха в пузырьке $\text{m}$ и ускорение свободного падения $\text{g}$ являются постоянными величинами. Следовательно, так как высота $\text{h}$ растет, потенциальная энергия пузырька $E_p$ также увеличивается.

Ответ: Потенциальная энергия пузырька увеличивается.