Номер 1, страница 10 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Подумайте, существует ли связь между внутренней энергией и температурой тела.

1. Да, между внутренней энергией и температурой тела существует прямая и фундаментальная связь. Чтобы понять её, необходимо рассмотреть определения этих двух физических величин.

Внутренняя энергия ($U$) макроскопического тела — это сумма кинетической энергии хаотического (теплового) движения всех его частиц (атомов, молекул, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

$U = E_{кин} + E_{пот}$

Температура ($T$), с точки зрения молекулярно-кинетической теории, является мерой средней кинетической энергии поступательного движения частиц, из которых состоит тело. Чем выше температура, тем больше средняя скорость движения частиц и, следовательно, выше их средняя кинетическая энергия.

Связь между этими понятиями становится очевидной:

• Когда температура тела повышается, это означает, что средняя кинетическая энергия его частиц увеличивается. Поскольку внутренняя энергия включает в себя сумму кинетических энергий всех частиц, увеличение средней кинетической энергии неизбежно ведет к увеличению и всей внутренней энергии тела.
• Наоборот, при понижении температуры средняя кинетическая энергия частиц уменьшается, что приводит к уменьшению внутренней энергии.

Для идеального газа, в модели которого пренебрегают взаимодействием между молекулами (то есть потенциальная энергия $E_{пот} \approx 0$), внутренняя энергия прямо пропорциональна его абсолютной температуре. Например, для одного моля одноатомного идеального газа внутренняя энергия вычисляется по формуле:

$U = \frac{3}{2}RT$

где $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура. Из формулы видно, что внутренняя энергия зависит только от температуры.

Для реальных газов, жидкостей и твердых тел ситуация сложнее, так как необходимо учитывать и потенциальную энергию взаимодействия частиц ($E_{пот}$). При изменении температуры может меняться и среднее расстояние между частицами (тепловое расширение или сжатие), что влияет на их потенциальную энергию. Однако и в этих случаях основной вклад в изменение внутренней энергии при нагревании или охлаждении вносит именно изменение кинетической энергии частиц, поэтому зависимость от температуры сохраняется.

Важно отметить, что внутренняя энергия может изменяться и без изменения температуры. Это происходит во время фазовых переходов (плавление, кипение, кристаллизация). Например, при плавлении льда при температуре $0^\circ \text{C}$ вся подводимая теплота идет на разрушение кристаллических связей, то есть на увеличение потенциальной энергии молекул, а их средняя кинетическая энергия (и, следовательно, температура) остается постоянной до тех пор, пока весь лед не растает.

Таким образом, температура является показателем кинетической части внутренней энергии, и в общем случае (за исключением фазовых переходов) изменение температуры тела напрямую свидетельствует об изменении его внутренней энергии.

Ответ: Да, существует прямая связь: внутренняя энергия тела зависит от его температуры. Как правило, при увеличении температуры внутренняя энергия тела также увеличивается, так как температура является мерой средней кинетической энергии его частиц, которая является составной частью внутренней энергии.