Question

В одном сосуде находится разреженный газ, а в другом, таком же сосуде-сжатый газ. Какой газ обладет большей внутренней энегией, если их температура одинакова? Почему?

Answer 1

Во-первых, в сжатом газе расстояние между молекулами меньше, а значит взаимодействие между ними более выраженное - потенциальная энергия взаимодействия больше.
Во-вторых, самих молекул больше, среднее значение их потенциальных энергий будет одинаково, раз температура одинакова, но вот сумма этих энергий (сумма кинетических энергий теплового движения всех молекул) будет уже значительно выше, чем у разряженного газа.
Вывод: внутренняя энергия сжатого газа будет выше.

Answer 2

Если два сосуда содержат одинаковое количество газа при одинаковой температуре, то их внутренняя энергия (внутренняя тепловая энергия) будет одинаковой. Температура газа связана с его внутренней энергией, а также с кинетической энергией его молекул.

Кинетическая энергия газовых молекул пропорциональна их температуре: чем выше температура, тем выше средняя кинетическая энергия молекул. В разреженном газе молекулы будут двигаться со сравнительно большими промежутками между ними, но при одинаковой температуре их средняя кинетическая энергия будет такой же, как у молекул сжатого газа.

В сжатом газе молекулы находятся ближе друг к другу, и в объеме сосуда содержится больше молекул, чем в разреженном газе. Но несмотря на это, температура - это мера средней кинетической энергии молекул, и она не зависит от плотности газа в сосуде. В обоих случаях, у разреженного и сжатого газа, средняя кинетическая энергия молекул будет одинаковой при одинаковой температуре.

Таким образом, оба газа будут обладать одинаковой внутренней энергией при одинаковой температуре.