Номер 1, страница 78 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

УПРАЖНЕНИЕ 18

1. Почему внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °С больше, чем внутренняя энергия кипящей воды такой же температуры?

1. Почему внутренняя энергия водяного пара при температуре 100 °С больше, чем внутренняя энергия кипящей воды такой же температуры?

Внутренняя энергия вещества состоит из двух основных частей: кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Поскольку и кипящая вода, и водяной пар в задаче имеют одинаковую температуру (100 °С), средняя кинетическая энергия их молекул одинакова.

Однако состояния веществ различны: одно жидкое (вода), другое газообразное (пар). Переход из жидкого состояния в газообразное (процесс парообразования) требует затрат энергии. Эта энергия, называемая теплотой парообразования, сообщается воде при кипении. Она не увеличивает температуру (и, следовательно, кинетическую энергию молекул), а расходуется на преодоление сил межмолекулярного притяжения и разнесение молекул на большие расстояния друг от друга.

В результате этого процесса потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре становится значительно больше, чем в жидкой воде, где молекулы расположены гораздо ближе друг к другу.

Таким образом, хотя кинетические энергии молекул воды и пара одинаковы, из-за большей потенциальной энергии молекул пара его общая внутренняя энергия ($U_{пара} = E_{кин} + E_{пот.пара}$) оказывается больше, чем внутренняя энергия воды ($U_{воды} = E_{кин} + E_{пот.воды}$) той же массы и при той же температуре.

Ответ: При одинаковой температуре средняя кинетическая энергия молекул воды и пара одинакова. Однако для превращения воды в пар при той же температуре необходимо затратить энергию (теплоту парообразования), которая идет на разрыв межмолекулярных связей и увеличение расстояния между молекулами. Это приводит к увеличению их потенциальной энергии. Поэтому внутренняя энергия пара, как сумма кинетической и потенциальной энергий, оказывается больше, чем внутренняя энергия воды.