2. В стакане находятся одинаковые массы воды и льда при температуре 0 °C. Обладает ли лёд внутренней энергией? Одинакова ли внутренняя энергия воды и льда?

На фото три задания — 2, 3 и 4. Решу все.

Кратко

1. Да, лёд обладает внутренней энергией. При \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) у воды той же массы внутренняя энергия больше, чем у льда.
2. Да, вся вода массой 100 г замёрзнет: для кристаллизации нужно 33 кДж, а отдано 35 кДж.
3. Больше энергии потребуется для алюминиевой детали — примерно в \(4,6\) раза.

Почему

2. Внутренняя энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий молекул. При \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\) молекулы не останавливаются, поэтому лёд внутренней энергией обладает. При плавлении льда температура не меняется, но энергия расходуется на разрушение кристаллической решётки. Значит, при одинаковой массе и температуре: \[ U_{\text{воды}} > U_{\text{льда}}. \]

3. При замерзании вода отдаёт теплоту: \[ Q=\lambda m=3,3\cdot10^5\cdot0,1=3,3\cdot10^4\ \text{Дж}=33\ \text{кДж}. \] Отдано \(35\) кДж, а для полного замерзания нужно \(33\) кДж. Поэтому вся вода успеет замёрзнуть. Оставшиеся \(2\) кДж пойдут на дальнейшее охлаждение уже образовавшегося льда ниже \(0\,^{\circ}\mathrm{C}\).

4. Обе детали уже нагреты до температур плавления, поэтому сравниваем только энергию плавления: \[ Q=\lambda m. \] Массы одинаковы, значит, больше энергии нужно той детали, у которой больше удельная теплота плавления. По школьной таблице: \[ \lambda_{\text{алюминия}}=3,9\cdot10^5\ \text{Дж/кг},\qquad \lambda_{\text{стали}}=0,84\cdot10^5\ \text{Дж/кг}. \] Тогда: \[ Q_{\text{алюминия}}=390\ \text{кДж},\qquad Q_{\text{стали}}=84\ \text{кДж}. \] \[ \frac{Q_{\text{алюминия}}}{Q_{\text{стали}}} =\frac{390}{84}\approx4,6. \] Ответ: для алюминиевой детали — примерно в \(4,6\) раза больше.