Номер 1, страница 81 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Упражнение 18. § 21. Кипение. Глава 1. Тепловые явления - номер 1, страница 81.

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

1. Решение

Внутренняя энергия вещества ($U$) представляет собой сумму кинетической энергии теплового движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Согласно условию, температура воды и пара одинакова и составляет $100 \ ^\circ \text{C}$. Температура является мерой средней кинетической энергии частиц. Следовательно, можно утверждать, что средняя кинетическая энергия молекул в воде и в паре одинакова.

Однако вода и пар находятся в разных агрегатных состояниях: вода — жидкость, пар — газ. В жидкости молекулы расположены плотно, и между ними действуют значительные силы притяжения. В газе расстояние между молекулами намного больше, а силы взаимодействия пренебрежимо малы.

Для того чтобы превратить воду в пар при постоянной температуре кипения, необходимо затратить энергию, называемую теплотой парообразования. Эта энергия идет на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на увеличение расстояния между молекулами. В результате потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре становится значительно больше, чем в воде.

Поскольку массы воды ($m_в$) и пара ($m_п$) равны, а их температуры одинаковы, различие в их внутренних энергиях будет определяться именно различием в потенциальных энергиях. Так как потенциальная энергия молекул пара выше, то и его общая внутренняя энергия будет больше, чем у воды той же массы. Разница во внутренних энергиях равна количеству теплоты, затраченной на парообразование: $U_{пара} - U_{воды} = L \cdot m$, где $L$ — удельная теплота парообразования, а $m$ — масса.

Таким образом, несмотря на равенство масс и температур, внутренняя энергия пара будет больше внутренней энергии воды.

Ответ: Нет, утверждать, что внутренняя энергия пара и внутренняя энергия воды одинаковы, нельзя. Внутренняя энергия пара больше, так как при переходе из жидкого состояния в газообразное при той же температуре вещество поглощает энергию (теплоту парообразования), которая увеличивает потенциальную энергию взаимодействия его молекул.