Номер 6, страница 5 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Тренировочные задания. Тепловые явления. ТЗ-2. Температура. Внутренняя энергия - номер 6, страница 5.

Условие.

6.a) Одинакова ли внутренняя энергия одной и той же массы холодной и горячей воды? Почему?

б) Вода и водяной пар, имея равную температуру, например $100\ \degree\text{C}$, отличаются расположением молекул. Одинакова ли внутренняя энергия пара и воды? Почему?

Решение.

а) Внутренняя энергия тела определяется как сумма кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура является мерой средней кинетической энергии молекул вещества. У горячей воды температура выше, чем у холодной, следовательно, средняя скорость движения ее молекул больше. При одинаковой массе количество молекул в обоих случаях одинаково, поэтому суммарная кинетическая энергия молекул горячей воды будет больше. Вклад потенциальной энергии также немного изменяется из-за теплового расширения, но основное различие обусловлено кинетической энергией. Таким образом, внутренняя энергия горячей воды больше, чем внутренняя энергия холодной воды той же массы.

Ответ: Нет, внутренняя энергия не одинакова. У горячей воды она больше, так как из-за более высокой температуры ее молекулы обладают большей средней кинетической энергией.

б) Внутренняя энергия, как и в предыдущем пункте, состоит из кинетической и потенциальной энергий молекул. Так как температура воды и водяного пара одинакова ($100 \text{ °C}$), то средние кинетические энергии их молекул равны. Однако вода находится в жидком агрегатном состоянии, а пар — в газообразном. В жидкости молекулы расположены близко друг к другу, и между ними действуют значительные силы притяжения. В газе среднее расстояние между молекулами намного больше, а силы взаимодействия пренебрежимо малы. Чтобы перевести воду из жидкого состояния в газообразное (испарить), необходимо совершить работу против сил межмолекулярного притяжения, сообщив системе энергию (теплоту парообразования). Эта энергия увеличивает потенциальную энергию молекул. Следовательно, при одинаковой температуре потенциальная энергия молекул в паре значительно выше, чем в воде.

Ответ: Нет, внутренняя энергия не одинакова. Внутренняя энергия водяного пара той же массы больше, чем у воды при той же температуре, из-за значительно большей потенциальной энергии взаимодействия молекул.