Номер 15, страница 6 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Решение

Утверждение, что при неизменной температуре тела его внутренняя энергия постоянна, в общем случае неверно. Оно справедливо только для частного случая — идеального газа.

Внутренняя энергия тела ($\text{U}$) представляет собой сумму кинетической энергии ($E_к$) хаотического движения составляющих его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии ($E_п$) их взаимного расположения и взаимодействия: $U = E_к + E_п$.

Температура является мерой средней кинетической энергии движения частиц. Следовательно, при постоянной температуре ($T = \text{const}$) средняя кинетическая энергия частиц тела также остается неизменной. Однако потенциальная энергия взаимодействия частиц при этом может меняться, что приведет к изменению и всей внутренней энергии.

Для идеального газа, по определению, взаимодействием между молекулами пренебрегают, поэтому их потенциальная энергия считается равной нулю ($E_п = 0$). Внутренняя энергия идеального газа равна только суммарной кинетической энергии его молекул и зависит исключительно от температуры. Формула для внутренней энергии идеального газа: $U = \frac{i}{2}\nu RT$. Таким образом, для заданного количества идеального газа при постоянной температуре его внутренняя энергия также постоянна.

Для реальных газов, жидкостей и твердых тел потенциальная энергия взаимодействия частиц существенна. Она зависит от расстояния между частицами, а значит, от объема и агрегатного состояния вещества. Внутренняя энергия таких тел может изменяться даже при постоянной температуре. Наиболее ярким примером являются процессы фазовых переходов:

Плавление: При таянии льда при 0 °C температура системы лед-вода остается постоянной, однако для разрушения кристаллической решетки льда требуется энергия (теплота плавления). Эта энергия увеличивает потенциальную энергию молекул, а следовательно, и общую внутреннюю энергию системы. Внутренняя энергия воды при 0 °C выше, чем у той же массы льда при 0 °C.

Кипение: Аналогично, при кипении воды при 100 °C подводимая теплота (теплота парообразования) идет на разрыв межмолекулярных связей и превращение воды в пар. Температура при этом не меняется, но потенциальная энергия молекул в парообразном состоянии значительно выше, чем в жидком. Это ведет к увеличению внутренней энергии вещества.

Таким образом, внутренняя энергия реального тела зависит не только от температуры, но и от объема и агрегатного состояния.

Ответ: Утверждение неверно. Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. При постоянной температуре неизменной остается только кинетическая составляющая энергии. Потенциальная энергия может изменяться (например, при изменении агрегатного состояния вещества — плавлении, кипении), что приводит к изменению всей внутренней энергии. Утверждение является верным только для идеального газа.