Номер 1, страница 27 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-22. Удельная теплота парообразования. Вариант 2 - номер 1, страница 27.

Условие.

1. Одинакова ли внутренняя энергия 1 кг воды и 1 кг водяного пара при температуре 100°С? Ответ обоснуйте.

Решение.

Решение

Нет, внутренняя энергия 1 кг воды и 1 кг водяного пара при температуре 100 °C не одинакова.

Внутренняя энергия ($\text{U}$) макроскопического тела складывается из кинетической энергии ($E_к$) хаотического движения составляющих его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии ($E_п$) их взаимодействия друг с другом. Таким образом, $U = E_к + E_п$.

1. Кинетическая энергия. Температура является мерой средней кинетической энергии движения частиц вещества. Поскольку и вода, и пар имеют одинаковую температуру (100 °C), средние кинетические энергии их молекул равны.

2. Потенциальная энергия. Агрегатное состояние вещества определяется расстоянием между молекулами и, следовательно, их потенциальной энергией взаимодействия. В жидкости (вода) молекулы находятся близко друг к другу, и силы межмолекулярного притяжения значительны. В газе (водяной пар) среднее расстояние между молекулами намного больше, а силы притяжения практически отсутствуют. Чтобы перевести 1 кг воды в пар при той же температуре, необходимо совершить работу против сил межмолекулярного притяжения, то есть сообщить воде дополнительную энергию. Эта энергия называется теплотой парообразования. Она идет на увеличение потенциальной энергии молекул, но не изменяет их кинетическую энергию (температура остается постоянной).

Следовательно, при одинаковой кинетической энергии молекул, потенциальная энергия молекул в 1 кг водяного пара значительно больше, чем в 1 кг воды. В результате, общая внутренняя энергия водяного пара оказывается больше.

Ответ: Нет, внутренняя энергия 1 кг водяного пара при 100 °C больше, чем внутренняя энергия 1 кг воды при той же температуре. Это объясняется тем, что для превращения воды в пар требуется затратить энергию (теплоту парообразования), которая увеличивает потенциальную энергию взаимодействия молекул, в то время как их кинетическая энергия (зависящая от температуры) остается прежней.