Что нужно найти при исследовании внутренних энергий двух тел: 1) 4 кг льда при температуре -50 °C и 2) 4 кг воды при температуре 20 °C? Какова разность внутренних энергий между этими двумя состояниями?
Исчерпывающий ответ:
Объяснение: Внутренняя энергия вещества — это сумма кинетической и потенциальной энергии всех молекул, атомов и ионов, находящихся в данной системе. Она зависит от таких факторов, как температура и состояние вещества.
Для расчета изменения внутренней энергии двух тел должна быть известна разница внутренней энергии между начальным и конечным состояниями обоих тел. Формула для расчета изменения внутренней энергии выглядит следующим образом:
ΔU = m * c * ΔT,
где ΔU — изменение внутренней энергии, m — масса вещества, c — удельная теплоемкость вещества, ΔT — изменение температуры.
1) Для льда: Масса m = 4 кг, удельная теплоемкость c = 2,09 кДж/кг °C (по таблице), ΔT = -50 °C — 0 °C = -50 °C.
2) Для воды: Масса m = 4 кг, удельная теплоемкость c = 4,18 кДж/кг °C (по таблице), ΔT = 20 °C — 0 °C = 20 °C.
Вычислим разность внутренних энергий между начальным состоянием (0 °C) и конечным состоянием для каждого тела, используя указанные значения:
Для льда: ΔU = 4 кг * 2,09 кДж/кг °C * (-50 °C) = -418 кДж.
Для воды: ΔU = 4 кг * 4,18 кДж/кг °C * 20 °C = 334,4 кДж.
Таким образом, разность внутренних энергий между льдом при температуре -50 °C и водой при температуре 20 °C составляет -418 кДж — 334,4 кДж = -752,4 кДж.
Пример использования:
Посчитайте изменение внутренней энергии, выраженной в кДж, при нагревании 3 кг пара с начальной температурой 100 °C до конечной температуры 150 °C. Удельная теплоемкость пара равна 2,0 кДж/кг °C.
Совет:
Чтобы лучше понять концепцию внутренней энергии, полезно изучить законы термодинамики и принцип сохранения энергии.
Задание для закрепления:
Сколько энергии поглощается 5-ю килограммами воды с начальной температурой 20 °C при нагревании в конечное состояние при температуре 100 °C? Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 кДж/кг °C.