Номер 2, страница 75 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. Что понимают под внутренней энергией макроскопического тела? термодинамической системы?

Под внутренней энергией макроскопического тела (или термодинамической системы) понимают сумму кинетической энергии хаотического теплового движения составляющих его частиц (атомов, молекул, ионов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Внутренняя энергия является функцией состояния системы, то есть она однозначно определяется макроскопическими параметрами (температурой, объемом, давлением) и не зависит от пути, по которому система пришла в это состояние.

Внутренняя энергия (обозначается $U$) состоит из следующих основных частей:

• Кинетическая энергия хаотического движения частиц. Это энергия поступательного, вращательного и колебательного движения молекул и атомов. Эта составляющая напрямую зависит от температуры тела. С повышением температуры средняя кинетическая энергия движения частиц увеличивается.
• Потенциальная энергия взаимодействия частиц. Эта энергия обусловлена силами межмолекулярного притяжения и отталкивания. Ее вклад особенно важен для конденсированных состояний вещества (жидкостей и твердых тел), где частицы расположены близко друг к другу. Для идеального газа, по определению, потенциальной энергией взаимодействия частиц пренебрегают.

Следует отметить, что во внутреннюю энергию, в широком смысле, входит также внутриатомная и внутриядерная энергия. Однако в классической термодинамике, если не рассматриваются химические или ядерные реакции, эти виды энергии считаются постоянными, и их изменение не учитывается.

Важно отличать внутреннюю энергию от полной механической энергии тела. Полная механическая энергия — это сумма кинетической энергии движения тела как целого и его потенциальной энергии во внешних полях (например, гравитационном). Внутренняя энергия относится к микроскопическому состоянию самого вещества, а не к движению или положению тела в пространстве.

Например, для идеального одноатомного газа, где взаимодействием молекул можно пренебречь, внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий всех его атомов и вычисляется по формуле: $U = \frac{3}{2}\nu RT = \frac{3}{2}\frac{m}{M}RT$ где $\nu$ — количество вещества, $m$ — масса газа, $M$ — его молярная масса, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура.

Согласно первому закону термодинамики, изменить внутреннюю энергию системы можно двумя способами: совершив над ней работу ($A$) или передав ей некоторое количество теплоты ($Q$). Изменение внутренней энергии $\Delta U$ равно: $\Delta U = Q + A$

Ответ: Внутренняя энергия макроскопического тела (термодинамической системы) — это сумма кинетической энергии хаотического движения всех его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Она не включает в себя механическую энергию тела как целого.