Номер 719, страница 131 - гдз по физике 9-11 класс сборник задач Капельян, Аксенович

Решение

Внутренняя энергия тела, обозначаемая как $U$, представляет собой сумму кинетической энергии хаотического (теплового) движения составляющих его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Это можно выразить формулой: $U = E_к + E_п$.

Температура является мерой средней кинетической энергии частиц вещества. По условию, температура воды и водяного пара одинакова и равна $T = 373$ К (что соответствует $100$ °C, температуре кипения воды при нормальном атмосферном давлении). Это означает, что средняя кинетическая энергия молекул в воде и в паре одинакова.

Однако вода и водяной пар находятся в разных агрегатных состояниях: жидком и газообразном соответственно. Чтобы перевести воду из жидкого состояния в газообразное при постоянной температуре (в процессе кипения), к ней необходимо подвести определенное количество теплоты. Эта теплота называется теплотой парообразования и рассчитывается по формуле $Q = L \cdot m$, где $L$ — удельная теплота парообразования, а $m$ — масса вещества.

Подводимая энергия $Q$ не увеличивает кинетическую энергию молекул, так как температура остается постоянной. Эта энергия расходуется на преодоление сил межмолекулярного притяжения и на увеличение среднего расстояния между молекулами. В результате потенциальная энергия взаимодействия молекул в газообразном состоянии (в паре) становится значительно больше, чем в жидком состоянии (в воде).

Таким образом, при одинаковой кинетической энергии молекул, потенциальная энергия молекул водяного пара больше, чем у молекул воды. Следовательно, и полная внутренняя энергия водяного пара будет больше внутренней энергии воды той же массы и при той же температуре.

Ответ: большей внутренней энергией обладает водяной пар.