На сколько джоулей отличается внутренняя энергия 5 кг льда от внутренней энергии 5 кг воды,взятой при температуре 5 градусов ?почему?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте разберём понятие внутренней энергии и учтём фазовый переход от льда к воде.

Шаг 1. Внутренняя энергия льда при температуре 0 °C

Внутренняя энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии молекул вещества. Она зависит от температуры, массы вещества и его агрегатного состояния. Лёд при температуре 0 °C имеет определённую внутреннюю энергию, обусловленную тем, что его молекулы находятся в твёрдом состоянии и связаны между собой прочными водородными связями.

Шаг 2. Плавление льда

Для перехода льда в воду при температуре 0 °C требуется энергия, называемая теплотой плавления. Теплота плавления воды составляет примерно 334 000 Дж/кг. Это значит, что для плавления 1 кг льда при температуре 0 °C потребуется 334 000 Дж энергии. Поскольку в нашем случае масса льда составляет 5 кг, для его плавления понадобится:

Таким образом, чтобы лёд превратился в воду, требуется 1 670 000 Дж энергии. После плавления внутренняя энергия воды увеличится именно на эту величину по сравнению с внутренней энергией льда.

Шаг 3. Нагревание воды от 0 до 5 °C

После того как лёд превратился в воду при 0 °C, чтобы довести её температуру до 5 °C, необходимо добавить ещё немного тепла. Теплоёмкость воды составляет примерно 4 200 Дж/(кг·°C). Тогда количество энергии, необходимое для нагрева 5 кг воды на 5 градусов (от 0 до 5 °C), составит:

Шаг 4. Подсчёт общей разницы во внутренней энергии

Теперь можно найти полную разницу внутренней энергии между состоянием льда при 0 °C и воды при 5 °C. Суммируем теплоту плавления и теплоту, необходимую для нагрева воды:

Ответ

Таким образом, внутренняя энергия 5 кг льда при температуре 0 °C меньше внутренней энергии 5 кг воды при 5 °C на 1 775 000 Дж. Это связано с тем, что для плавления льда требуется большое количество энергии, а также дополнительная энергия необходима для нагрева образовавшейся воды.