Меняется ли в процессе плавления кинетическая энергия частиц цинка; потенциальная энергия? Ответ обоснуйте

Коротко: во время плавления кинетическая энергия частиц цинка остается практически неизменной (температура держится на плавлении), а потенциальная энергия возрастает. Объяснение ниже. Пошаговое объяснение 1) Что происходит при плавлении - Цинк при своей температуре плавления T_m (около 419–420 °C) принимает энергию Q_fus, которая распределяется между изменением внутренней энергии системы и полезной работой над объёмом: Q_fus = ΔU + PΔV. - При этом температура остаётся примерно постоянной на уровне T_m, потому что идёт фазовый переход (горох плавления): жидкость образуется из твердого кристалла без повышения температуры. 2) Какова кинетическая энергия - В термодинамике кинетическая энергия частиц (на элементарном уровне — энергия тепловых колебаний и движений) пропорциональна температуре: K ∝ T. - Во время плавления температура не растёт (T ≈ const), значит средняя кинетическая энергия частиц остаётся примерно той же самой до и после перехода. - Следовательно, ΔK примерно равно нулю (за исключением очень мелких перепадов из-за реальных неоднородностей и квантовых эффектов на очень низких температурах). 3) Какова потенциальная энергия - Потенциальная энергия системы связана с взаимодействиями между частицами (связи в кристалле, их разупорядочение в жидкости). - При плавлении кристаллическая решётка распадается на жидкость: связи частично разрываются, конфигурация становится более хаотичной. - Это означает, что средняя потенциальная энергия системы увеличивается (становится менее отрицательной или более «растянутой» по энергиям связи). - То есть V_p (потенциальная энергия) растёт. 4) Энергетический баланс - Общее изменение внутренней энергии U = K + V_p. - При плавлении с постоянной температурой dT ≈ 0, поэтому dK ≈ 0. - Следовательно, ΔU ≈ ΔV_p (потенциальная энергия меняется, а кинетическая — нет). - Но полная тепловая энергия, подводимая во время плавления, идёт не только в изменение U, но и в выполнение объёма работы: Q_fus = ΔU + PΔV. - Значительная часть тепла идёт на рост потенциальной энергии за счёт разрушения кристаллических связей, часть — на выполнение PV-работы из-за роста объёма жидкого цинка по сравнению с твёрдым. 5) Итог - Кинетическая энергия частиц цинка в процессе плавления практически не изменяется (при условии, что температура остаётся на уровне плавления). - Потенциальная энергия системы возрастает за счёт разрушения связей и перестройки структуры. - Добавленная энергия идёт в основном на увеличение потенциальной энергии и частично на работу против давления (PV-работу). Дополнительные замечания - Если процесс идёт не идеальным образом (например, быстрое перегревание или неравновесное нагревание), температура может временно превысить T_m и кинетическая энергия начнёт расти. Но для стандартного плавления при постоянном давлении это не происходит. - В реальных условиях могут быть небольшие количественные отличия из-за наличия примесей, несовершенств кристаллической решётки и т. п., но суть остаётся той же: KE не меняется значимо; PE растёт. Если нужно, могу привести простой численный пример с общим выражением для Dz и L_fus (латентного тепла плавления) без привязки к конкретным числам.