等质量0℃冰水内能的比较

在热学内能一节中,曾出过这样一道选择题,该题为:有相同质量的O℃的冰和水,试比较其内能大小。 ①0℃的水比0℃冰的内能大;②0℃的水和0℃的冰其内能相等;③0℃的冰比0℃的水内能大;①无法确定谁的内能大。 对于这道选择题,学生往没有肯定的把握,有的填①,大多数填③,各有其理由。填①的依据是;0℃的冰变为0℃的水时要吸收热量,所以0℃的水比0℃的冰的内能大。填③的依据是:因为物体的内能是物体分子热运动能与分子势能之总和。由于冰水温度相等,因此分子热运动功能总得相等,而等质量的冰水,冰的体积比水的大,分子势能由分子相对位置所决定,这时冰分子间的距离比水的大,所以冰的分子势能,要比水的分子势能大。这样就得到0℃的冰比0℃的水内能大的结论。 究竟谁的内能大呢?让我们从宏观和微观上来探讨一下以上两个答案。 设质量为m,熔解热为λ,冰的内能为占E_1,水的内能为E_2,大气压强为P。据据热力学第一定律,系统吸收的热量,等于其内能的增量,加系统对外界所做的功,即Q=(E_2-E_1)+A。当0℃的冰熔解变成0℃的水时应有: