Номер 3, страница 8 - гдз по физике 8 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 1. Тепловые явления. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии. Вариант 1 - номер 3, страница 8.

Решение.

3. Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как?

Решение.

При погружении закрытой пробирки в горячую воду, воздух внутри пробирки нагревается за счет теплопередачи. Нагревание газа приводит к изменению его внутренней энергии, которая является суммой кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Кинетическая энергия

Средняя кинетическая энергия теплового движения молекул газа является мерой его температуры. Она прямо пропорциональна абсолютной температуре газа. Связь между средней кинетической энергией $E_k$ одной молекулы и абсолютной температурой $\text{T}$ выражается формулой: $E_k = \frac{i}{2}kT$ где $\text{i}$ — число степеней свободы (для молекул воздуха, состоящего в основном из двухатомных газов азота и кислорода, $i=5$), $\text{k}$ — постоянная Больцмана. Поскольку пробирку погрузили в горячую воду, температура воздуха в ней повысилась. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул воздуха увеличилась. Это проявляется в том, что молекулы стали двигаться с большими скоростями.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия молекул газа обусловлена силами межмолекулярного взаимодействия и зависит от среднего расстояния между молекулами. Для разреженных газов, каким является воздух при нормальных условиях, эти силы очень малы, и в модели идеального газа потенциальной энергией взаимодействия молекул пренебрегают (считают ее равной нулю). В данном опыте пробирка закрыта, поэтому ее объем $\text{V}$ постоянен. Так как количество молекул воздуха в пробирке также не меняется, то и среднее расстояние между ними остается практически неизменным. Таким образом, потенциальная энергия взаимодействия молекул воздуха не изменилась (или ее изменение пренебрежимо мало).

Ответ: Да, энергия молекул изменилась. Кинетическая энергия молекул воздуха увеличилась, так как из-за нагревания возросла их скорость движения. Потенциальная энергия взаимодействия молекул воздуха практически не изменилась, поскольку объем пробирки постоянный и среднее расстояние между молекулами осталось прежним.