Тепловые Явления — Задание 3 ОГЭ по физике №00048667

В сосуде одно вещество — спирт — в двух состояниях: жидком и газообразном. Массы равны, температура одна и та же — температура кипения спирта. Выясним, у какой порции внутренняя энергия больше.

Внутренняя энергия — это энергия движения молекул плюс энергия их взаимодействия. Температура и массы одинаковые, поэтому энергия движения молекул у жидкого спирта и у пара одна и та же.

Разница — в энергии взаимодействия. Чтобы жидкий спирт при температуре кипения превратился в пар той же температуры, его надо продолжать нагревать — подвести теплоту парообразования:

$$Q=Lm.$$

Пока спирт кипит, его температура не растёт: вся эта энергия уходит на то, чтобы растащить молекулы далеко друг от друга против сил притяжения, и остаётся в паре. Значит, внутренняя энергия пара больше внутренней энергии жидкого спирта на $Lm$. Это вариант 2.

Почему не остальные: «равна» (1) — неверно, для превращения в пар понадобилась теплота; «меньше» (3) — наоборот; «может быть как равна, так и меньше» (4) — при заданных массе и температуре ответ однозначный, и он «больше».

Сверимся с обратным процессом: когда пар конденсируется, он отдаёт теплоту окружающим телам, и его внутренняя энергия опускается до энергии жидкого спирта. Сходится.