Номер 4, страница 78 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 19. Внутренняя энергия. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 78.

Условие.

4. Как доказать, что тела обладают внутренней энергией?

Решение.

Доказать, что тела обладают внутренней энергией, можно на основе ряда наблюдаемых физических явлений. Внутренняя энергия ($\text{U}$) — это фундаментальное понятие в термодинамике, представляющее собой сумму кинетической энергии хаотического (теплового) движения частиц (молекул, атомов), из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Существование этой энергии подтверждается следующими фактами:

1. Нагревание тел при совершении работы
Когда над телом совершается работа против сил трения или при неупругой деформации, его механическая энергия не сохраняется. Например, при трении двух тел друг о друга (как при растирании ладоней) или при многократном сгибании проволоки, они нагреваются. Повышение температуры свидетельствует об увеличении средней кинетической энергии частиц вещества. Согласно закону сохранения энергии, совершенная механическая работа переходит в другую форму энергии — внутреннюю. Это доказывает, что тела могут накапливать энергию внутри себя за счет движения и взаимодействия своих частиц.

2. Теплообмен
Если привести в контакт два тела с разной температурой, например, горячий камень и холодную воду, то через некоторое время их температуры выровняются. Горячее тело остынет, а холодное — нагреется. При этом передача энергии происходит без совершения макроскопической механической работы. Этот процесс, называемый теплопередачей, заключается в том, что более быстрые частицы горячего тела передают часть своей кинетической энергии более медленным частицам холодного тела при столкновениях. Сам факт возможности такой передачи энергии от одного тела к другому доказывает, что тела обладают этой энергией, которую они могут отдавать или принимать.

3. Изменение агрегатного состояния вещества
Процессы плавления, кипения, кристаллизации и конденсации напрямую связаны с изменением внутренней энергии. Например, чтобы расплавить лед при температуре $0^\circ C$, к нему нужно подводить энергию (теплоту плавления). При этом температура системы лед-вода не меняется, пока весь лед не растает. Подводимая энергия расходуется не на увеличение скорости движения молекул (кинетической энергии), а на разрушение кристаллической решетки, то есть на увеличение потенциальной энергии их взаимодействия. Это показывает, что внутренняя энергия включает в себя не только энергию движения, но и энергию, "запасенную" в связях между частицами. Внутренняя энергия воды при $0^\circ C$ больше внутренней энергии льда той же массы при той же температуре.

4. Химические и ядерные реакции
Многие реакции протекают с выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) энергии. Например, при сгорании топлива (дров, газа) выделяется большое количество тепла. Эта энергия высвобождается из-за перестройки химических связей между атомами. Внутренняя энергия продуктов реакции оказывается меньше, чем внутренняя энергия исходных веществ. Разница выделяется вовне. Это доказывает, что энергия хранится внутри молекул и атомов. Аналогично, в ядерных реакциях огромная энергия высвобождается за счет изменения внутренней энергии атомных ядер.

Таким образом, все эти явления служат неопровержимым доказательством того, что макроскопические тела обладают внутренней энергией, которая может изменяться, передаваться и превращаться в другие виды энергии.

Ответ: Существование внутренней энергии доказывается экспериментальными фактами: нагреванием тел при совершении над ними работы (трение, деформация), возможностью теплообмена между телами, необходимостью затрат энергии для изменения агрегатного состояния вещества (плавление, кипение) и выделением или поглощением энергии в ходе химических и ядерных реакций. Все эти процессы объясняются изменением суммарной кинетической и потенциальной энергии частиц, составляющих тело.