Hogyan változik a víz belső energiája fagyása során?
A) Amikor a víz megfagy, csökken a belső energiája, hő szabadul fel, mellyel a víz a környezetét melegíti.
B) Fagyáskor nem történik belsőenergia-változás, a hőmérséklet állandó.
C) Amikor a víz megfagy, nő a belső energiája, a hőfelvétel a molekulák közötti erősebb kötés kialakítására fordítódik.
A) Amikor a víz megfagy, csökken a belső energiája, hő szabadul fel, mellyel a víz a környezetét melegíti.
B) Fagyáskor nem történik belsőenergia-változás, a hőmérséklet állandó.
C) Amikor a víz megfagy, nő a belső energiája, a hőfelvétel a molekulák közötti erősebb kötés kialakítására fordítódik.
A vízmolekulák hőmozgás miatti (rendezetlen) mozgási energiája a fagyás során nem változik meg, hiszen \(T\) kelvin hőmérsékleten egy részecske egy szabadsági fokára jutó négyzetes (kvadratikus) energiatagok átlagos értéke minden energiafajtából
\[\varepsilon=\frac{1}{2}kT\]
de az \(U\) belső energiába nemcsak a részecskék hőmozgási energiái (haladó, forgó, rezgő) tartoznak bele, hanem a részecskék közötti kölcsönhatások potenciális energiái is. Na, ezek azok, amik fagyáskor megváltoznak, így lehetséges az a furcsaság, hogy bár a vízmolekulák mozgási energiája fagyáskor semennyit se csökken, hiszen fagyás során a \(T\) hőmérsékelt változatlan, így az
\[E^{\mathrm{mozg}}_x=E^{\mathrm{mozg}}_y=E^{\mathrm{mozg}}_z=\frac{1}{2}kT\]
hőmozgási energiatagok is változatlanok, mégis, a vízmolekulák energiát adnak le a környezetük felé, méghozzá amiatt, mert a potenciálisenergia-tagjaik nem négyzetes (kvadratikus) kifejezések, így rájuk nem vonatkozik az ekvipartíció tétele, ezért a belső energia potenciálisenergia-komponense állandó hőmérsékleten is csökkenhet.