Номер 2, страница 20 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

2. Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Изменились ли при этом кинетическая и потенциальная энергии молекул воздуха в пробирке? Если изменились, то как?

Решение

Когда закрытую пробирку погружают в горячую воду, происходит процесс теплопередачи: от горячей воды к стенкам пробирки, и от стенок пробирки к воздуху внутри. В результате этого температура воздуха в пробирке повышается.

Внутренняя энергия вещества, в данном случае воздуха, состоит из кинетической энергии движения его молекул и потенциальной энергии их взаимного расположения и взаимодействия.

Кинетическая энергия

Средняя кинетическая энергия молекул вещества является прямой мерой его абсолютной температуры. Это означает, что чем выше температура, тем с большей средней скоростью движутся молекулы. Поскольку воздух в пробирке нагревается, его температура растет. Следовательно, средняя кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия молекул газа определяется силами их взаимного притяжения и отталкивания и зависит от среднего расстояния между ними. В модели идеального газа, которая хорошо описывает поведение воздуха при нормальных условиях, взаимодействием между молекулами пренебрегают, и потенциальная энергия считается постоянной (или равной нулю). Даже если учесть, что воздух — реальный газ, его потенциальная энергия изменится только при изменении среднего расстояния между молекулами. В условии задачи сказано, что пробирка закрыта, а значит, объем воздуха в ней постоянен ($V = const$). Так как количество молекул тоже не меняется, среднее расстояние между ними остается прежним. Таким образом, потенциальная энергия взаимодействия молекул воздуха практически не изменяется.

Ответ: Да, энергии изменились. Кинетическая энергия молекул воздуха в пробирке увеличилась, так как из-за нагрева выросла их средняя скорость движения. Потенциальная энергия взаимодействия молекул воздуха практически не изменилась, так как объем пробирки и, следовательно, среднее расстояние между молекулами остались постоянными.