Номер 1, страница 38 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

1. Если тело нагрелось, то его внутренняя энергия увеличилась. Верно ли будет обратное утверждение: если внутренняя энергия тела увеличилась, то оно нагрелось? Приведите примеры, подтверждающие ответ.

Утверждение «если тело нагрелось, то его внутренняя энергия увеличилась» является верным. Нагревание тела означает повышение его температуры, что соответствует увеличению средней кинетической энергии его частиц. Поскольку внутренняя энергия является суммой кинетических энергий частиц и потенциальной энергии их взаимодействия, её значение при нагревании возрастает.

Однако обратное утверждение: «если внутренняя энергия тела увеличилась, то оно нагрелось» — не всегда верно.

Внутренняя энергия ($U$) тела состоит из двух основных частей: кинетической энергии хаотического движения его частиц (которая определяет температуру) и потенциальной энергии их взаимного расположения и взаимодействия (которая определяет агрегатное состояние вещества).

Внутренняя энергия может увеличиваться не только за счет роста кинетической энергии частиц (то есть повышения температуры), но и за счет роста их потенциальной энергии. Это происходит во время фазовых переходов, таких как плавление или кипение. В этих процессах вся подводимая к телу энергия идет на разрушение связей между частицами (например, разрушение кристаллической решетки при плавлении), а не на увеличение скорости их движения. Поэтому температура тела остается постоянной, хотя его внутренняя энергия растет.

Примеры:

1. Плавление. Если взять лед при температуре $0 \text{ °C}$ и подводить к нему тепло, он начнет плавиться. В течение всего процесса плавления температура смеси льда и воды будет оставаться неизменной ($0 \text{ °C}$). Однако внутренняя энергия системы увеличивается, так как подводимая энергия (теплота плавления) тратится на разрушение кристаллической структуры льда и переход молекул в жидкое состояние, где их потенциальная энергия выше. Таким образом, внутренняя энергия увеличилась, но тело не нагрелось (температура не повысилась).
2. Кипение. Аналогичная ситуация наблюдается при кипении воды. Когда вода достигает температуры кипения ($100 \text{ °C}$ при нормальном давлении), дальнейший подвод тепла не повышает ее температуру. Вся энергия (теплота парообразования) расходуется на превращение воды в пар. Внутренняя энергия пара при $100 \text{ °C}$ значительно выше, чем у воды при той же температуре, так как молекулы в газообразном состоянии обладают гораздо большей потенциальной энергией. Следовательно, внутренняя энергия увеличилась, а температура осталась прежней.

Ответ: Обратное утверждение неверно. Внутренняя энергия тела может увеличиться без повышения его температуры, например, в процессах плавления твердого тела или кипения жидкости. В этих случаях подводимая энергия идет на изменение агрегатного состояния вещества, увеличивая потенциальную энергию взаимодействия молекул, а не их кинетическую энергию.