Номер 3, страница 44 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

3. Вода в стакане замёрзла. Как вы думаете, обменивалась ли она энергией с окружающими телами? Поясните свою точку зрения. Какой вывод можно сделать относительно внутренней энергии воды и такой же массы льда при одинаковой температуре?

Как вы думаете, обменивалась ли она энергией с окружающими телами? Поясните свою точку зрения.

Да, вода в стакане при замерзании обязательно обменивалась энергией с окружающими телами. Замерзание (или кристаллизация) — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в твердое. Этот фазовый переход сопровождается выделением энергии. Чтобы вода превратилась в лед, она должна отдать в окружающую среду некоторое количество теплоты. Эта энергия передается более холодным телам, находящимся в контакте с водой — стакану и окружающему воздуху.

Количество теплоты, которое выделяется при кристаллизации, определяется формулой $Q = \lambda \cdot m$, где $m$ — масса воды, а $\lambda$ — удельная теплота плавления (кристаллизации) воды. Без этого теплообмена, то есть без отдачи энергии, процесс замерзания невозможен. Таким образом, внутренняя энергия воды уменьшается, а энергия окружающих тел увеличивается на ту же величину.

Ответ: Да, вода обменивалась энергией с окружающими телами. Она отдавала тепловую энергию, так как процесс кристаллизации (замерзания) происходит с выделением тепла.

Какой вывод можно сделать относительно внутренней энергии воды и такой же массы льда при одинаковой температуре?

Внутренняя энергия тела состоит из кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. При одинаковой температуре (в данном случае, при температуре замерзания, 0°C) средняя кинетическая энергия молекул воды и молекул льда одинакова.

Однако потенциальная энергия взаимодействия молекул у них разная. В жидком состоянии (вода) молекулы расположены хаотично и имеют большую свободу движения. В твердом состоянии (лед) молекулы образуют упорядоченную кристаллическую решетку, и силы притяжения между ними сильнее. Потенциальная энергия молекул в упорядоченной структуре льда ниже, чем в неупорядоченной структуре воды.

Поскольку при переходе из жидкого состояния в твердое при постоянной температуре вода выделяет энергию, это означает, что ее внутренняя энергия уменьшается. Следовательно, при одной и той же массе и температуре (0°C), внутренняя энергия воды будет больше, чем внутренняя энергия льда. Разница в их внутренних энергиях как раз и равна теплоте кристаллизации $Q = \lambda \cdot m$.

Ответ: Внутренняя энергия воды больше, чем внутренняя энергия такой же массы льда при одинаковой температуре.