Номер 4, страница 30 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

4. Почему различна удельная теплоёмкость одного и того же вещества, находящегося в разных агрегатных состояниях?

4. Удельная теплоёмкость вещества — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты ($Q$) необходимо передать веществу массой ($m$) в 1 кг для его нагревания на 1 K (или 1 °С). Она определяется формулой $c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T}$. Различие удельной теплоёмкости одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном) объясняется тем, что подводимая теплота по-разному расходуется на увеличение внутренней энергии вещества в каждом из этих состояний.

Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимного притяжения и отталкивания.

• В твёрдом состоянии частицы сильно связаны друг с другом и образуют кристаллическую решётку. Они могут лишь совершать колебательные движения около своих положений равновесия. При нагревании подводимая энергия увеличивает и кинетическую энергию (амплитуду колебаний), и потенциальную энергию взаимодействия частиц в решётке.
• В жидком состоянии частицы расположены близко друг к другу, но не имеют строгой упорядоченности и могут перемещаться. Силы взаимодействия между ними всё ещё значительны. При нагревании энергия расходуется как на увеличение скорости движения частиц (кинетическая энергия), так и на работу против сил межмолекулярного притяжения при их перемещении (увеличение потенциальной энергии).
• В газообразном состоянии частицы находятся на больших расстояниях друг от друга, и силы взаимодействия между ними пренебрежимо малы. Поэтому при нагревании газа подводимая теплота расходуется почти полностью на увеличение кинетической энергии его частиц, то есть на увеличение скорости их хаотического движения. Вклад в потенциальную энергию минимален.

Таким образом, из-за различий в строении и характере взаимодействия частиц в разных агрегатных состояниях, для повышения температуры на одну и ту же величину требуется разное количество теплоты.

Ярким примером является вода. Удельная теплоёмкость жидкой воды ($c_{воды} \approx 4200 \, \text{Дж/(кг·К)}$) почти в два раза больше, чем у льда ($c_{льда} \approx 2100 \, \text{Дж/(кг·К)}$) и у водяного пара ($c_{пара} \approx 2000 \, \text{Дж/(кг·К)}$). Это объясняется тем, что в жидкой воде существуют прочные водородные связи, и для нагрева требуется дополнительная энергия на их растяжение и частичный разрыв, что вносит большой вклад в изменение потенциальной энергии.

Ответ: Удельная теплоёмкость одного и того же вещества различна в разных агрегатных состояниях, потому что в каждом из этих состояний подводимая теплота по-разному распределяется между изменением кинетической энергии частиц и изменением потенциальной энергии их взаимодействия. Это различие обусловлено кардинальными отличиями в строении вещества, характере теплового движения частиц и силах взаимодействия между ними в твёрдом, жидком и газообразном состояниях.