Номер 41, страница 9 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Тепловые явления. Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия и способы её изменения - номер 41, страница 9.

Условие.

► 41. Проведите следующие опыты и ответьте на вопросы. Определите, каким способом произошло изменение внутренней энергии тела в каждом опыте. По какому признаку вы определили это изменение?

Опыт 1. Возьмите два куска пластилина. Раскатайте из одного из них плоскую площадку, а из другого шарик. Положите площадку на пол. Бросьте шарик на пластилиновую площадку с некоторой высоты. Что вы при этом наблюдаете на поверхностях площадки и шарика? Измените условия проведения опыта: увеличьте или уменьшите расстояние между шариком и полом. Зависит ли кинетическая энергия и потенциальная энергия взаимодействия молекул шарика от его положения над площадкой, от того, движется шарик или находится в состоянии покоя на некоторой высоте над площадкой?

Опыт 2. Возьмите пустой легко сжимаемый пластмассовый флакон из-под шампуня, наполните его водой до краёв и закройте. Сожмите флакон руками. Как изменяется внутренняя энергия флакона с водой при его сжатии?

Опыт 3. Возьмите гвоздь и деревянную палочку (можно карандаш). Опустите их в сосуды с горячей водой. Что чувствуют ваши пальцы? Какое тело нагрелось быстрее и почему? За счёт чего изменяется внутренняя энергия этих тел?

Решение.

Опыт 1. При падении пластилинового шарика на пластилиновую площадку наблюдается их взаимная деформация: на площадке остается вмятина, а шарик сплющивается. Это происходит потому, что при ударе механическая энергия шарика (которая была сначала потенциальной, $E_p = mgh$, а перед ударом стала кинетической, $E_k = \frac{mv^2}{2}$) переходит во внутреннюю энергию шарика и площадки. Изменение внутренней энергии произошло за счет совершения механической работы силами неупругой деформации. Признаком этого изменения является сама деформация тел, а также их незначительное нагревание в месте удара.

При увеличении высоты падения начальная потенциальная энергия шарика больше, следовательно, больше и кинетическая энергия в момент удара. Это приводит к большей деформации и большему увеличению внутренней энергии.

Внутренняя энергия тела, которая складывается из кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия, не зависит от механического движения тела как целого или его положения в пространстве. Таким образом, кинетическая и потенциальная энергия взаимодействия молекул шарика не зависят от того, движется ли шарик или покоится на некоторой высоте.

Ответ: Внутренняя энергия пластилиновых шарика и площадки увеличилась за счёт совершения над ними механической работы в процессе неупругой деформации при ударе. Признаком изменения внутренней энергии является деформация тел и их нагревание.

Опыт 2. При сжатии флакона с водой руками совершается работа над системой «флакон + вода». Согласно первому закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно сумме работы, совершённой над системой внешними силами, и количества теплоты, переданного системе ($\Delta U = A' + Q$). В данном случае, если пренебречь теплообменом с окружающей средой ($Q \approx 0$), вся работа, совершённая руками ($A'$), идёт на увеличение внутренней энергии воды и флакона ($\Delta U = A'$). Таким образом, внутренняя энергия флакона с водой увеличивается.

Ответ: Внутренняя энергия флакона с водой увеличивается. Это происходит за счёт совершения механической работы над системой внешними силами (руками). Признаком является сам факт совершения работы, следствием которого является незначительное повышение температуры системы.

Опыт 3. При опускании гвоздя и деревянной палочки в горячую воду, их внутренняя энергия увеличивается за счёт теплообмена (теплопередачи) с горячей водой. Вода, имеющая более высокую температуру, передаёт часть своей внутренней энергии гвоздю и палочке, которые имеют более низкую температуру.

Металлический гвоздь нагреется гораздо быстрее, чем деревянная палочка. Это связано с тем, что металлы обладают высокой теплопроводностью, то есть способностью быстро проводить тепло. Дерево, напротив, является плохим проводником тепла (теплоизолятором). Поэтому, если держать предметы за концы, не опущенные в воду, палец, держащий гвоздь, почувствует тепло значительно быстрее.

Признаком изменения (увеличения) внутренней энергии в данном опыте является повышение температуры тел, которое можно почувствовать на ощупь.

Ответ: Внутренняя энергия гвоздя и палочки изменяется (увеличивается) за счёт теплопередачи от горячей воды. Гвоздь нагреется быстрее из-за высокой теплопроводности металла. Признаком изменения внутренней энергии является повышение температуры тел.