Номер 954, страница 182 - гдз по физике 9 класс сборник задач Исаченкова, Дорофейчик

Решение

Да, сжатый газ обладает потенциальной энергией. Чтобы понять почему, необходимо рассмотреть строение газа на молекулярном уровне и учесть различие между моделями идеального и реального газа.

Внутренняя энергия любого тела, включая газ, складывается из двух основных компонентов: кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул или атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия.

Математически это можно выразить так: $U = E_k + E_p$, где $U$ – внутренняя энергия, $E_k$ – суммарная кинетическая энергия всех частиц, а $E_p$ – суммарная потенциальная энергия их взаимодействия.

1. Модель идеального газа. В этой упрощенной модели предполагается, что молекулы газа являются материальными точками, которые не взаимодействуют друг с другом на расстоянии. Взаимодействие происходит только при абсолютно упругих столкновениях. В такой модели потенциальная энергия взаимодействия молекул считается равной нулю ($E_p = 0$). Внутренняя энергия идеального газа равна только сумме кинетических энергий его молекул. Поэтому, с точки зрения модели идеального газа, сжатый газ не обладает потенциальной энергией взаимодействия молекул.

2. Реальный газ. В реальности молекулы газа имеют конечные размеры и между ними существуют силы межмолекулярного взаимодействия (силы Ван-дер-Ваальса). Эти силы проявляются как притяжение на больших расстояниях и как отталкивание на малых. Наличие этих сил и обусловливает существование потенциальной энергии взаимодействия молекул ($E_p \neq 0$).

Когда мы сжимаем газ, мы совершаем работу против сил межмолекулярного отталкивания, заставляя молекулы сблизиться. Эта работа не исчезает, а запасается в газе в виде увеличения его потенциальной энергии. Среднее расстояние между молекулами уменьшается, и, следовательно, изменяется их энергия взаимодействия. Таким образом, внутренняя энергия сжатого реального газа увеличивается не только за счет возможного роста кинетической энергии (нагрева), но и за счет увеличения потенциальной энергии.

Эту запасенную потенциальную энергию можно сравнить с потенциальной энергией сжатой пружины. Если предоставить сжатому газу возможность расшириться, он совершит работу (например, толкнет поршень). Эта работа будет совершена как раз за счет уменьшения его внутренней энергии, в том числе и за счет уменьшения потенциальной энергии взаимодействия молекул.

Таким образом, говоря о физическом газе, а не о его идеализированной модели, правильным будет утверждение, что сжатый газ обладает потенциальной энергией.

Ответ: Да, сжатый газ обладает потенциальной энергией. Эта энергия обусловлена силами взаимодействия между молекулами газа. При сжатии газа совершается работа по преодолению сил отталкивания между молекулами, что приводит к увеличению их потенциальной энергии.