Номер 2, страница 8 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-5. Внутренняя энергия. Вариант 2 - номер 2, страница 8.

Условие.

2. Обладает ли водяной пар внутренней энергией? Одинаковы ли внутренние энергии 1 г воды и 1 г водяного пара при температуре $100 \text{ °C}$?

Решение.

Обладает ли водяной пар внутренней энергией?

Внутренняя энергия любого тела складывается из кинетической энергии хаотического движения составляющих его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Молекулы водяного пара, как и любого другого газа, находятся в непрерывном беспорядочном движении, следовательно, они обладают кинетической энергией. Также между молекулами пара существуют силы взаимного притяжения и отталкивания, что определяет их потенциальную энергию. Сумма этих энергий и составляет внутреннюю энергию водяного пара.

Ответ: Да, водяной пар обладает внутренней энергией, так как его молекулы имеют кинетическую энергию (из-за движения) и потенциальную энергию (из-за взаимодействия друг с другом).

Одинаковы ли внутренние энергии 1 г воды и 1 г водяного пара при температуре 100 °C?

Внутренняя энергия ($\text{U}$) определяется как сумма кинетической ($E_k$) и потенциальной ($E_p$) энергий всех молекул тела: $U = E_k + E_p$.

Температура является мерой средней кинетической энергии движения молекул. Поскольку и вода, и водяной пар в задаче имеют одинаковую температуру (100 °C), средние кинетические энергии их молекул равны.

Однако потенциальная энергия взаимодействия молекул у них различна. В жидкой воде молекулы расположены близко друг к другу, и силы межмолекулярного притяжения значительны. В водяном паре среднее расстояние между молекулами намного больше, и для того, чтобы "разорвать" связи между молекулами в жидкости и превратить ее в пар, необходимо совершить работу против сил межмолекулярного притяжения. На это затрачивается энергия, называемая теплотой парообразования. Эта дополнительная энергия увеличивает потенциальную энергию молекул.

Таким образом, при одинаковой температуре 100 °C, кинетические энергии молекул воды и пара одинаковы, но потенциальная энергия молекул в паре значительно выше, чем в воде. Следовательно, и общая внутренняя энергия 1 г водяного пара больше, чем у 1 г воды.

Ответ: Нет, внутренние энергии не одинаковы. Внутренняя энергия 1 г водяного пара при 100 °C больше внутренней энергии 1 г воды при той же температуре. Разница заключается в большей потенциальной энергии взаимодействия молекул в паре.