Номер 3, страница 85 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

Сосуд, в котором находился лёд при температуре $t_1 = -10 \text{ °C}$, внесли в комнату. При достижении теплового равновесия температура содержимого сосуда повысилась до $t_2 = 20 \text{ °C.}$ Какие тепловые процессы происходили с содержимым сосуда? Изменялась ли внутренняя энергия содержимого сосуда в процессе достижения теплового равновесия, и если изменялась, то как?

Какие тепловые процессы происходили с содержимым сосуда?

Поскольку начальная температура льда ($t_1 = -10$ °C) ниже температуры плавления ($0$ °C), а конечная температура воды ($t_2 = 20$ °C) выше температуры плавления, с содержимым сосуда последовательно происходили следующие три тепловых процесса:

1. Нагревание льда: Лёд, получая теплоту от окружающего воздуха в комнате, нагревался от начальной температуры $-10$ °C до температуры плавления $0$ °C.

2. Плавление льда: При достижении температуры $0$ °C лёд начал плавиться, превращаясь в воду. В течение всего процесса плавления температура вещества оставалась постоянной ($0$ °C), пока весь лёд не превратился в воду.

3. Нагревание воды: После того как весь лёд растаял, образовавшаяся вода продолжала получать теплоту и нагревалась от $0$ °C до конечной температуры $20$ °C.

Ответ: С содержимым сосуда происходили процессы нагревания льда, плавления льда и нагревания воды.

Изменялась ли внутренняя энергия содержимого сосуда в процессе достижения теплового равновесия, и если изменялась, то как?

Да, внутренняя энергия содержимого сосуда изменялась – она увеличивалась на протяжении всего процесса достижения теплового равновесия.

Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. Изменение внутренней энергии происходило следующим образом:
- При нагревании льда от $-10$ °C до $0$ °C и нагревании воды от $0$ °C до $20$ °C увеличивалась температура вещества. Это означает, что росла средняя кинетическая энергия движения молекул, что приводило к увеличению внутренней энергии.
- При плавлении льда при постоянной температуре $0$ °C вся получаемая извне энергия шла не на увеличение скорости движения молекул, а на разрушение кристаллической решётки льда. При этом увеличивалось расстояние между молекулами и, следовательно, росла их потенциальная энергия взаимодействия. Это также приводило к увеличению общей внутренней энергии вещества.

Таким образом, на каждом из трёх этапов содержимое сосуда поглощало теплоту из окружающей среды, что приводило к непрерывному увеличению его внутренней энергии.

Ответ: Внутренняя энергия содержимого сосуда увеличивалась. Это происходило за счёт увеличения кинетической энергии молекул при нагревании и за счёт увеличения их потенциальной энергии при плавлении.