Номер 2, страница 78 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 20. Способы изменения внутренней энергии. Вопросы в начале параграфа - номер 2, страница 78.

Условие.

✓ Как связаны внутренняя энергия и температура тела?

Решение.

Как связаны внутренняя энергия и температура тела?

Внутренняя энергия тела и его температура связаны напрямую. Температура является макроскопическим параметром, который характеризует среднюю кинетическую энергию хаотического (теплового) движения частиц (атомов, молекул), из которых состоит тело. Внутренняя энергия ($\text{U}$), в свою очередь, определяется как сумма кинетических энергий теплового движения всех частиц тела ($E_к$) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом ($E_п$).

$U = E_к + E_п$

Таким образом, связь между этими величинами следующая:
1. Когда температура тела повышается, это означает, что средняя кинетическая энергия его частиц возрастает. Так как внутренняя энергия включает в себя сумму кинетических энергий всех частиц, то она тоже увеличивается.
2. Когда температура тела понижается, средняя кинетическая энергия частиц уменьшается, что ведет к уменьшению внутренней энергии тела.

Наиболее просто эта связь видна на примере идеального газа. В модели идеального газа пренебрегают потенциальной энергией взаимодействия молекул ($E_п \approx 0$), поэтому его внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий всех его молекул и прямо пропорциональна абсолютной температуре:

$U = \frac{i}{2} \nu RT = \frac{i}{2} \frac{m}{M} RT$,

где $\text{U}$ – внутренняя энергия, $\text{i}$ – число степеней свободы молекулы (например, для одноатомного газа $i=3$), $\nu$ – количество вещества, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная, а $\text{T}$ – абсолютная температура.

В жидкостях и твердых телах, где потенциальная энергия взаимодействия частиц существенна, зависимость остается, но становится более сложной. Однако и для них справедливо, что при нагревании (без изменения агрегатного состояния) внутренняя энергия тела увеличивается.

Важно отметить, что внутренняя энергия может изменяться и без изменения температуры. Это происходит во время фазовых переходов (плавление, кипение, кристаллизация). В этих процессах вся подводимая или отводимая энергия идет на изменение потенциальной энергии взаимодействия частиц (разрыв или образование связей), а средняя кинетическая энергия (и температура) остается постоянной.

Ответ: Внутренняя энергия тела напрямую зависит от его температуры. Повышение температуры приводит к увеличению средней кинетической энергии движения частиц тела, что, в свою очередь, вызывает увеличение его внутренней энергии. Для идеального газа внутренняя энергия прямо пропорциональна его абсолютной температуре.