ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 5.1: Внутренняя энергия

План рассуждения:

Для ответа на вопрос о связи внутренней энергии и температуры необходимо вспомнить определение этих величин. Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии хаотического движения всех частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура же является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Ход вычисления и логический анализ:

Рассмотрим идеализированный случай — идеальный газ, где взаимодействием между молекулами можно пренебречь. В этом случае внутренняя энергия U зависит только от кинетической энергии молекул. Поскольку средняя кинетическая энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре T, то и внутренняя энергия будет зависеть от температуры по линейному закону: U∼T

Однако для реальных тел (жидкостей и твердых тел) картина сложнее. При нагревании тела его температура растет, что означает увеличение скорости движения частиц и, следовательно, рост кинетической составляющей внутренней энергии. Но при фазовых переходах (например, плавлении льда или кипении воды) температура остается постоянной (ΔT=0), в то время как внутренняя энергия увеличивается за счет преодоления сил межмолекулярного взаимодействия (рост потенциальной энергии).

Проверка и вывод:

Таким образом, связь между внутренней энергией и температурой существует, но она не является однозначной для всех состояний вещества. Для идеального газа зависимость прямая и жесткая. Для реальных тел повышение температуры обычно сопровождается увеличением внутренней энергии, но изменение внутренней энергии возможно и без изменения температуры (при фазовых переходах). Следовательно, температура характеризует лишь ту часть внутренней энергии, которая связана с тепловым движением частиц.