Номер 22, страница 6 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия и способы её изменения - номер 22, страница 6.

Условие.

22. Укажите, в каких из перечисленных случаев внутренняя энергия воды не изменяется:

а) воду несут в ведре;

б) воду переливают из ведра в чайник;

в) воду нагревают до кипения.

Решение.

Для определения, в каких случаях внутренняя энергия воды не изменяется, необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов. Внутренняя энергия ($\text{U}$) термодинамической системы — это сумма кинетических энергий хаотического движения всех её частиц (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом. Важно помнить, что внутренняя энергия не включает в себя кинетическую и потенциальную энергию системы как единого целого.

а) воду несут в ведре
Когда воду несут в ведре, она движется вместе с ведром как единое целое. При этом изменяется механическая (кинетическая) энергия системы «вода-ведро», но не её внутренняя энергия. Внутренняя энергия связана с температурой вещества и его агрегатным состоянием. Если предположить, что в процессе переноски нет теплообмена с окружающей средой и трение воды о стенки ведра пренебрежимо мало, то температура воды не изменится. Следовательно, и её внутренняя энергия останется постоянной.
Ответ: внутренняя энергия не изменяется.

б) воду переливают из ведра в чайник
Во время переливания воды её различные слои движутся с разными скоростями относительно друг друга. Из-за вязкости воды возникает внутреннее трение, работа которого приводит к преобразованию части механической энергии в тепловую, что вызывает незначительное повышение температуры воды. Также, при переливании увеличивается площадь контакта воды с воздухом, что может привести к теплообмену и испарению, которые также изменяют внутреннюю энергию. Таким образом, в этом процессе внутренняя энергия воды изменяется.
Ответ: внутренняя энергия изменяется.

в) воду нагревают до кипения
Нагревание — это процесс передачи телу энергии путем теплопередачи. Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии $\Delta U$ равно сумме количества теплоты $\text{Q}$, переданного системе, и работы $A'$, совершённой над системой: $\Delta U = Q + A'$. При нагревании воде сообщается некоторое количество теплоты ($Q > 0$), что приводит к увеличению средней кинетической энергии её молекул, то есть к повышению температуры. Рост температуры является прямым показателем увеличения внутренней энергии.
Ответ: внутренняя энергия изменяется (увеличивается).

Из проведённого анализа следует, что внутренняя энергия воды не изменяется только в первом случае (при идеальных условиях).