Номер 3, страница 11 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

3. Можно ли изменить внутреннюю энергию тела, не изменяя его температуру? Приведите примеры.

Да, можно изменить внутреннюю энергию тела, не изменяя его температуру.

Внутренняя энергия $U$ макроскопического тела состоит из кинетической энергии хаотического (теплового) движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура, в свою очередь, является мерой средней кинетической энергии этих частиц. Следовательно, если температура тела постоянна ($T = const$), то и средняя кинетическая энергия его частиц не изменяется.

Однако внутренняя энергия может измениться за счет изменения потенциальной энергии взаимодействия между частицами. Это происходит, когда меняется среднее расстояние между частицами и/или характер их взаимного расположения, что наиболее ярко проявляется при изменении агрегатного состояния вещества, то есть в процессах фазовых переходов.

Рассмотрим конкретные примеры:

1. Плавление льда. Когда лед, находящийся при температуре плавления (0°C при нормальном давлении), поглощает теплоту, он начинает таять, превращаясь в воду. В течение всего процесса плавления температура системы "лед-вода" остается постоянной и равной 0°C. Подводимая к телу энергия (теплота плавления) расходуется не на увеличение скорости движения молекул, а на разрушение кристаллической решетки льда. Это приводит к увеличению потенциальной энергии взаимодействия молекул. Следовательно, общая внутренняя энергия вещества возрастает. Внутренняя энергия 1 кг воды при 0°C больше внутренней энергии 1 кг льда при той же температуре.

2. Кипение воды. Аналогичный процесс наблюдается при кипении. Когда вода нагрета до температуры кипения (100°C при нормальном давлении), она поглощает теплоту и превращается в пар, температура которого также равна 100°C. Температура остается постоянной, пока вся вода не испарится. Подводимая теплота (теплота парообразования) идет на преодоление сил межмолекулярного притяжения в жидкости, что позволяет молекулам перейти в газообразное состояние. Расстояние между молекулами резко увеличивается, что ведет к значительному росту их потенциальной энергии и, соответственно, всей внутренней энергии системы. Внутренняя энергия пара при 100°C значительно больше внутренней энергии жидкой воды той же массы при той же температуре.

Ответ: Да, можно. Внутренняя энергия тела может быть изменена без изменения его температуры во время фазовых переходов (например, плавление, кипение, кристаллизация, конденсация). В этих процессах подводимая или отводимая теплота изменяет потенциальную энергию взаимодействия частиц вещества, в то время как их средняя кинетическая энергия, а значит и температура, остается постоянной.