Закрыто пробирку погрузили в горячую воду. изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? если изменилась, то как?

Коротко: да, кинетическая энергия воздуха в пробирке увеличится. Потенциальная энергия молекул изменится очень мало и в рамках обычной школьной модели идеального газа считается практически постоянной (либо изменится незначительно из-за слабых межмолекулярных сил). Пошаговое объяснение 1) Что происходит физически - Пробирку закрыли и погрузили в горячую воду. Тепло от воды переходит через стенку пробирки к воздуху внутри. - В результате температура воздуха внутри пробирки поднимается. 2) Как связаны температура и кинетическая энергия - В школьной модели воздух обычно рассматривают как газ. Средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна температуре: средняя кинетическая энергия одного молекула ≈ (3/2) k_B T для моноатомных молекул (и примерно (5/2)RT для одной моли диатомических молекул, в зависимости от учтённых степеней свободы). - Значит, при увеличении температуры T увеличивается и средняя кинетическая энергия молекул. В целом для массы воздуха внутри пробирки общая кинетическая энергия газа возрастает как ΔU_кинет = (3/2) n R ΔT (для диат. газа можно ориентировочно взять (5/2) n R ΔT в зависимости от температуры). 3) Что с потенциальной энергией - В идеальном газе (который обычно используют в школе) межмолекулярные силы очень малы, поэтому потенциальная энергия взаимодействия молекул почти не зависит от температуры и объема. Следовательно, изменение потенциальной энергии почти не заметно. - В реальном газе (когда учитывать межмолекулярные силы) при нагревании и повышении давления потенциальная энергия может изменяться немного, но эти изменения малы по сравнению с ростом кинетической энергии. В условиях школьной задачи чаще говорят: куча энергии идёт в увеличение кинетической энергии молекул; изменение потенциальной энергии пренебрежимо малое. 4) Дополнительный момент про давление и объем - Пробирку обычно считают жестко закрытой и с фиксированным объемом. По закону PV = nRT при фиксированном объёме V повышение T приводит к росту давления P внутри пробирки. - Этот рост давления отражается не в кинетической энергии молекул как таковой, а как усиление толчков молекул друг о друга (то есть в общем смысле в увеличении кинетической энергии и давления). С практической точки зрения это всё связано с увеличением температуры. Итог - Кинетическая энергия молекул воздуха в пробирке увеличится (из-за повышения температуры). - Потенциальная энергия молекул изменится крайне незначительно в рамкx модели идеального газа; в реальном газе она может поменяться чуть-чуть, но это обычно второстепенно по сравнению с ростом кинетической энергии. - Давление внутри пробирки возрастёт (если объём пробирки фиксирован). Если хочешь, могу привести числовой пример: допусти, что в пробирке содержится 1 моль воздуха и температура поднимается на, скажем, 20 K — можно посчитать ΔU = Cv,m ΔT и получить примерный рост кинетической энергии и изменение давления по PV = nRT.