Номер 4, страница 35 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

4. Как изменяется внутренняя энергия при переходах «твердое вещество — жидкость» и «жидкость — твердое вещество»? Равны ли изменения внутренней энергии при этих переходах?

Твердое вещество — жидкость

Внутренняя энергия тела представляет собой сумму кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимного расположения и взаимодействия. При переходе вещества из твердого состояния в жидкое, который называется плавлением, вещество должно поглотить энергию. Эта энергия, называемая теплотой плавления, расходуется на разрушение упорядоченной структуры твердого тела (кристаллической решетки). Во время плавления температура вещества остается постоянной (равной температуре плавления), а значит, средняя кинетическая энергия его молекул не изменяется. Однако из-за разрушения связей и увеличения среднего расстояния между молекулами их потенциальная энергия возрастает. Так как внутренняя энергия является суммой кинетической и потенциальной энергий, ее общее значение при плавлении увеличивается. Изменение внутренней энергии $\Delta U$ при этом равно поглощенному количеству теплоты $Q$: $\Delta U = Q_{плавл} = \lambda m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления, а $m$ — масса вещества.

Ответ: при переходе «твердое вещество — жидкость» внутренняя энергия увеличивается.

Жидкость — твердое вещество

При обратном переходе из жидкого состояния в твердое, называемом кристаллизацией или отвердеванием, вещество выделяет энергию в окружающую среду. Этот процесс также происходит при постоянной температуре (температуре кристаллизации), поэтому средняя кинетическая энергия молекул остается неизменной. Молекулы, выстраиваясь в упорядоченную кристаллическую решетку, сближаются, и силы притяжения между ними совершают работу. Это приводит к уменьшению потенциальной энергии взаимодействия молекул. В результате общая внутренняя энергия вещества уменьшается. Изменение внутренней энергии в этом случае отрицательно и равно количеству выделившейся теплоты: $\Delta U = -Q_{крист} = -\lambda m$.

Ответ: при переходе «жидкость — твердое вещество» внутренняя энергия уменьшается.

Равны ли изменения внутренней энергии при этих переходах?

Количество энергии, поглощаемое веществом при плавлении, в точности равно количеству энергии, выделяемому им при кристаллизации. Это означает, что абсолютные значения (модули) изменений внутренней энергии для этих двух процессов равны: $|\Delta U_{плавления}| = |\Delta U_{кристаллизации}| = \lambda m$. Однако сами величины изменений не равны, поскольку они имеют противоположные знаки. При плавлении внутренняя энергия увеличивается ($\Delta U > 0$), а при кристаллизации — уменьшается ($\Delta U < 0$). Таким образом, $\Delta U_{плавления} = -\Delta U_{кристаллизации}$.

Ответ: изменения внутренней энергии при этих переходах равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку, поэтому сами изменения не равны друг другу.