Номер 5, страница 27 - гдз по физике 8 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 5. Температура кипения. Удельная теплота парообразования. Вариант 2 - номер 5, страница 27.

Решение.

5. Сравните внутреннюю энергию жидкого эфира массой 1 кг при температуре 35 °С и внутреннюю энергию паров эфира массой 1 кг при той же температуре (см. табличные значения).

Формула: _______.

Расчёт: _______.

Ответ: _______.

Решение.

Дано:

Масса жидкого эфира, $m_ж = 1$ кг

Масса паров эфира, $m_п = 1$ кг

Температура эфира и его паров, $t = 35$ °С

Перевод в СИ:

Температура в Кельвинах, $T = 35 + 273.15 = 308.15$ К

Найти:

Сравнить внутреннюю энергию жидкого эфира ($U_ж$) и внутреннюю энергию паров эфира ($U_п$).

Решение:

Внутренняя энергия любого тела складывается из двух основных частей: кинетической энергии хаотического движения составляющих его частиц (молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Кинетическая энергия молекул напрямую зависит от температуры тела. Поскольку по условию задачи температура жидкого эфира и его паров одинакова, то и средняя кинетическая энергия движения молекул в обоих агрегатных состояниях будет одинаковой.

Потенциальная энергия взаимодействия молекул зависит от расстояния между ними. В жидкости молекулы расположены близко друг к другу, и силы межмолекулярного притяжения значительны. В паре (газе) молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, и силы притяжения между ними значительно слабее.

Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре (парообразование) требует затрат энергии. Эта энергия, называемая теплотой парообразования, расходуется на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на увеличение среднего расстояния между молекулами. В результате потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре становится значительно больше, чем в жидкости.

Таким образом, хотя кинетические энергии молекул в жидкости и паре при одинаковой температуре равны, потенциальная энергия молекул пара больше. Это означает, что и общая внутренняя энергия пара будет больше внутренней энергии жидкости.

Формула:

Внутренняя энергия тела определяется как сумма кинетической и потенциальной энергий его молекул: $U = E_к + E_п$. Для перехода жидкости в пар требуется количество теплоты $\text{Q}$, равное произведению массы вещества $\text{m}$ на удельную теплоту парообразования $\text{L}$: $Q = L \cdot m$.

Расчёт:

Сравнение проводится на качественном уровне. Пусть $U_ж$ – внутренняя энергия жидкого эфира, а $U_п$ – внутренняя энергия паров.
1. Средняя кинетическая энергия молекул ($E_к$) зависит от температуры. Так как $t_{ж} = t_{п}$, то $E_{к,ж} = E_{к,п}$.
2. Потенциальная энергия молекул ($E_п$) зависит от расстояния между ними. Для испарения жидкости и превращения её в пар необходимо совершить работу против сил межмолекулярного притяжения. Эта работа приводит к увеличению потенциальной энергии молекул. Следовательно, $E_{п,п} > E_{п,ж}$.
3. Так как $U = E_к + E_п$, и при этом $E_{к,ж} = E_{к,п}$, а $E_{п,п} > E_{п,ж}$, то можно сделать вывод, что $U_п > U_ж$.
Разница во внутренней энергии будет равна количеству подведенной теплоты парообразования за вычетом работы, совершённой газом при расширении: $\Delta U = U_п - U_ж = Lm - A$. Так как для парообразования всегда требуется подводить тепло ($L>0$), внутренняя энергия пара всегда больше внутренней энергии жидкости при той же температуре.

Ответ: Внутренняя энергия паров эфира массой 1 кг при температуре 35 °C больше, чем внутренняя энергия жидкого эфира той же массы при той же температуре.