Номер 3, страница 7 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Чем принципиально отличается внутренняя энергия тела, находящегося в твердом, жидком и газообразном состояниях?

Внутренняя энергия любого тела $U$ представляет собой сумму кинетической энергии $E_k$ хаотического теплового движения составляющих его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии $E_p$ их взаимодействия друг с другом:

$U = E_k + E_p$

Кинетическая энергия частиц напрямую связана с температурой тела, а потенциальная энергия определяется силами взаимодействия между частицами и средним расстоянием между ними. Принципиальное отличие внутренней энергии тела в разных агрегатных состояниях заключается в различном соотношении между этими двумя видами энергии.

В газообразном состоянии среднее расстояние между молекулами значительно превышает их размеры. Вследствие этого силы притяжения и отталкивания между ними очень малы, и потенциальной энергией взаимодействия $E_p$ можно пренебречь. Таким образом, внутренняя энергия газа практически целиком состоит из кинетической энергии $E_k$ хаотического движения его молекул ($U \approx E_k$).

В жидком состоянии молекулы находятся на близком расстоянии друг от друга, сравнимом с их размерами. Силы межмолекулярного взаимодействия становятся значительными, поэтому потенциальная энергия $E_p$ вносит существенный вклад во внутреннюю энергию, сопоставимый с вкладом кинетической энергии $E_k$. Молекулы жидкости совершают колебательные движения около временных положений равновесия и могут перескакивать с места на место, что обеспечивает текучесть.

В твердом состоянии (в частности, в кристаллических телах) частицы расположены в упорядоченной структуре (кристаллической решетке) и удерживаются в ней очень сильными силами взаимодействия. Их движение ограничено колебаниями около узлов этой решетки. Потенциальная энергия взаимодействия $E_p$ в этом случае также является важнейшей составляющей внутренней энергии. Как правило, при одной и той же температуре (т.е. одинаковой средней кинетической энергии частиц), внутренняя энергия тела в твердом состоянии меньше, чем в жидком, а в жидком — меньше, чем в газообразном, так как при плавлении и испарении энергия расходуется на преодоление сил связи, то есть на увеличение потенциальной энергии.

Ответ: Принципиальное отличие заключается в роли и величине потенциальной энергии взаимодействия частиц ($E_p$). В газах ее вклад во внутреннюю энергию пренебрежимо мал по сравнению с кинетической энергией ($U \approx E_k$). В жидкостях и твердых телах вклад потенциальной энергии сопоставим с вкладом кинетической энергии ($U = E_k + E_p$), что обусловлено сильным межмолекулярным взаимодействием из-за малого расстояния между частицами.