Номер 4, страница 18 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

*4. На столе при комнатной температуре расположены в одинаковых литровых банках вода и подсолнечное масло, а также стальной и деревянный бруски объемом $1 \text{ дм}^3$. Одинакова ли внутренняя энергия этих веществ и предметов? Ответ обоснуйте.

*4. На столе при комнатной температуре расположены в одинаковых литровых банках вода и подсолнечное масло, а также стальной и деревянный бруски объемом 1 дм³. Одинакова ли внутренняя энергия этих веществ и предметов? Ответ обоснуйте.

Дано:

$V_{воды} = 1 \text{ л}$

$V_{масла} = 1 \text{ л}$

$V_{стали} = 1 \text{ дм}^3$

$V_{дерева} = 1 \text{ дм}^3$

$t_{воды} = t_{масла} = t_{стали} = t_{дерева} = t_{комнатная}$

Перевод в СИ:

Поскольку 1 литр равен 1 кубическому дециметру, объемы всех тел одинаковы:

$V = 1 \text{ л} = 1 \text{ дм}^3 = 0.001 \text{ м}^3$

Найти:

Сравнить внутренние энергии $U_{воды}$, $U_{масла}$, $U_{стали}$ и $U_{дерева}$.

Решение:

Внутренняя энергия тела ($U$) — это сумма кинетических энергий всех его частиц (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия. Она зависит от нескольких факторов: температуры, массы тела (количества частиц) и рода вещества (типа частиц и сил взаимодействия между ними).

В условии задачи сказано, что все предметы находятся при одинаковой комнатной температуре. Это означает, что средняя кинетическая энергия движения частиц для каждого из этих веществ примерно одинакова.

Однако другие параметры, от которых зависит внутренняя энергия, у этих тел различны.

1. Масса. Несмотря на одинаковый объем ($V = 0.001 \text{ м}^3$), массы тел будут разными, так как они состоят из веществ с разной плотностью ($\rho$). Массу можно найти по формуле $m = \rho \cdot V$. Воспользуемся справочными значениями плотностей:

$\rho_{воды} \approx 1000 \text{ кг/м}^3$

$\rho_{масла} \approx 920 \text{ кг/м}^3$

$\rho_{стали} \approx 7850 \text{ кг/м}^3$

$\rho_{дерева} \approx 500 \text{ кг/м}^3$ (среднее значение)

Вычислим массы:

$m_{воды} = 1000 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 0.001 \text{ м}^3 = 1 \text{ кг}$

$m_{масла} = 920 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 0.001 \text{ м}^3 = 0.92 \text{ кг}$

$m_{стали} = 7850 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 0.001 \text{ м}^3 = 7.85 \text{ кг}$

$m_{дерева} = 500 \frac{\text{кг}}{\text{м}^3} \cdot 0.001 \text{ м}^3 = 0.5 \text{ кг}$

Массы тел существенно различаются. Так как внутренняя энергия является суммарной энергией всех частиц, то при прочих равных условиях тело с большей массой (а значит, с большим числом частиц) будет обладать большей внутренней энергией.

2. Род вещества. Вода, масло, сталь и дерево состоят из разных молекул и атомов, которые имеют разное строение, разную массу и по-разному взаимодействуют друг с другом. Это означает, что даже при одинаковой массе и температуре их внутренняя энергия была бы разной из-за различий в потенциальной энергии взаимодействия частиц и во внутреннем строении самих частиц (например, колебательная и вращательная энергия молекул).

Таким образом, поскольку у рассматриваемых тел при одинаковом объеме и температуре различаются и массы, и род вещества, их внутренние энергии не могут быть одинаковыми.

Ответ: Нет, внутренняя энергия этих веществ и предметов не одинакова. Несмотря на то, что их объемы и температуры равны, они состоят из разных веществ. Разные вещества имеют разную плотность, что приводит к разным массам при одинаковом объеме. Кроме того, они состоят из разных частиц с разной структурой и силами взаимодействия, что также вносит вклад в различие их внутренних энергий.