Номер 1, страница 65 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

УПРАЖНЕНИЕ 16

1. Из чайника выкипела почти вся вода. В некоторый момент времени массы воды и пара в нём оказались равными. Их температура $100 \text{ °С}$. Можно ли утверждать, что внутренняя энергия пара и внутренняя энергия воды одинаковы?

1. Нет, утверждать, что внутренняя энергия пара и внутренняя энергия воды одинаковы, нельзя.

Внутренняя энергия ($U$) термодинамической системы состоит из двух основных частей: суммарной кинетической энергии хаотического движения всех частиц (молекул) системы и потенциальной энергии их взаимодействия.

Согласно условию, температура воды и пара одинакова и равна $100 \text{ °C}$. Температура — это мера средней кинетической энергии молекул. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул в воде и в паре в данном случае одинакова.

Однако вода и пар находятся в разных агрегатных состояниях. Процесс превращения воды в пар при постоянной температуре (кипение) требует подвода энергии. Эта энергия, называемая теплотой парообразования, идет не на увеличение скорости движения молекул (температура не меняется), а на разрыв межмолекулярных связей в жидкости и увеличение среднего расстояния между молекулами. В результате этого потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре становится значительно больше, чем в воде.

Таким образом, при одинаковой массе и одинаковой температуре внутренняя энергия пара ($U_{пара}$) будет больше внутренней энергии воды ($U_{воды}$), так как потенциальная энергия его молекул выше.

$U_{пара} = U_{воды} + Q_{парообразования}$

где $Q_{парообразования} = L \cdot m$ — количество теплоты, необходимое для превращения массы $m$ воды в пар при температуре кипения ($L$ — удельная теплота парообразования).

Ответ: Нет, утверждать, что внутренняя энергия пара и внутренняя энергия воды одинаковы, нельзя. При одинаковой массе и температуре внутренняя энергия пара больше внутренней энергии воды, так как для парообразования вода должна поглотить дополнительную энергию (теплоту парообразования), которая увеличивает потенциальную энергию взаимодействия ее молекул.