Объясните причину изменения внутренней энергии:
а) при нагревании воды в кастрюле;
б) при сжатии и расширении воздуха;
в) при таянии льда;
г) при сжатии и растяжении резины;
д) при откачивании воздуха из баллона.
При нагревании воды в кастрюле увеличивается скорость ее молекул, значит увеличивается кинетическая энергия молекул воды, следовательно, внутренняя энергия.
При сжатии и расширении воздуха число молекул в нем остается прежним, а его объем изменяется, следовательно, расстояние между молекулами воздуха также изменяется, значит, изменяется потенциальная энергия взаимодействия молекул.
При таянии льда увеличивается кинетическая энергия молекул воды вследствие теплопередачи, соответственно, изменяется внутренняя энергия.
Изменяется потенциальная энергия резины за счет совершенной при этом механической работы.
При откачивании воздуха число молекул в баллоне уменьшается, следовательно, среднее расстояние между молекулами увеличивается, потенциальная энергия взаимодействия молекул газа уменьшается. Значит уменьшается внутренняя энергия газа в баллоне.
Для объяснения изменения внутренней энергии в каждом случае важно рассмотреть, что такое внутренняя энергия и какие физические процессы её изменяют. Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии (движения молекул) и потенциальной энергии (взаимодействий между молекулами) всех частиц, составляющих тело. Её можно изменить двумя основными способами: путём теплообмена (нагревания или охлаждения) или выполнения работы над телом (сжатие, растяжение и т. д.).
а) При нагревании воды в кастрюле.
Когда вода нагревается, тепло передаётся от нагревательного элемента (например, от плиты) к молекулам воды. Это увеличивает их кинетическую энергию, что проявляется в повышении температуры. Таким образом, внутренняя энергия воды возрастает, так как её кинетическая составляющая (движение молекул) увеличивается. Потенциальная энергия практически не изменяется, поскольку фаза вещества остаётся той же (жидкость), и расстояния между молекулами не меняются значительно.
б) При сжатии и расширении воздуха.
− Сжатие воздуха: При сжатии объём воздуха уменьшается, молекулы оказываются ближе друг к другу. Если сжатие производится быстро и теплообмен с окружающей средой отсутствует, то работа, совершаемая над воздухом, приводит к увеличению кинетической энергии молекул, а значит, к увеличению внутренней энергии. Температура воздуха при этом повышается.
− Расширение воздуха: Напротив, при расширении воздух выполняет работу, теряя при этом энергию. Если процесс происходит быстро и без теплообмена, то молекулы теряют кинетическую энергию, их скорость снижается, а внутренняя энергия уменьшается. Температура воздуха при этом падает.
в) При таянии льда.
Таяние льда — это фазовый переход из твёрдого состояния в жидкое. В процессе таяния льда его температура остаётся постоянной, а тепловая энергия, получаемая от окружающей среды, расходуется на разрыв связей между молекулами в кристаллической решётке льда. Это приводит к увеличению потенциальной энергии молекул, а значит, к увеличению внутренней энергии. При этом кинетическая энергия молекул (и температура) остаётся неизменной.
г) При сжатии и растяжении резины.
− Сжатие резины: Во время сжатия происходит сближение молекул и изменение их взаимного расположения. Это увеличивает потенциальную энергию взаимодействия молекул, а следовательно, увеличивает внутреннюю энергию. Также возможно незначительное изменение кинетической энергии молекул, если процесс сопровождается выделением тепла.
− Растяжение резины: При растяжении молекулы перемещаются относительно друг друга, и их потенциальная энергия также изменяется. В некоторых случаях резина может нагреваться в процессе растяжения, что приводит к увеличению кинетической энергии молекул. В результате внутренняя энергия растянутой резины может увеличиваться.
д) При откачивании воздуха из баллона.
Когда воздух откачивается из баллона, его давление падает, молекулы становятся менее упорядоченными и их средняя кинетическая энергия (а значит, и температура) может снижаться. Это связано с тем, что молекулы, покидая баллон, забирают с собой часть энергии. Если процесс происходит быстро и без теплообмена с окружающей средой, внутренняя энергия оставшегося воздуха уменьшается, так как совокупная кинетическая энергия молекул снижается.
Пожауйста, оцените решение
