Как будет изменяться внутренняя энергия воды в чайнике, поставленном на включённую плиту?

Если поставить чайник с водой на включённую плиту, внутренняя энергия воды будет возрастать, но характер этого роста зависит от того, на каком этапе находится нагрев.

1) Пока вода нагревается, но ещё не кипит

Плита передаёт воде тепло (через дно чайника). Это тепло идёт в основном на увеличение средней кинетической энергии молекул воды: молекулы начинают двигаться быстрее, температура растёт.

• Температура воды повышается.

• Внутренняя энергия увеличивается вместе с температурой.

Чем дольше идёт нагрев (и чем больше мощность плиты), тем больше передано энергии и тем больше стала внутренняя энергия воды.

2) В момент достижения температуры кипения

Когда вода дошла до температуры кипения (при нормальном давлении около 100 °C), начинается фазовый переход: часть воды превращается в пар.

Важно: во время кипения температура воды почти не растёт, оставаясь близкой к температуре кипения (если давление не меняется). Но это не значит, что внутренняя энергия перестаёт меняться.

• Тепло, которое продолжает поступать от плиты, идёт не на повышение температуры, а на разрыв межмолекулярных связей и образование пара.

• То есть внутренняя энергия воды (и образующегося пара) продолжает увеличиваться, даже при почти постоянной температуре.

Иными словами, энергия увеличивается за счёт роста потенциальной составляющей внутренней энергии (молекулы «расходятся» дальше друг от друга при переходе в пар).

3) Если вода полностью выкипит

Если нагрев продолжать достаточно долго, вода постепенно испарится и её в чайнике не останется.

• Пока вода ещё есть, её внутренняя энергия растёт (в нагреве и затем при кипении).

• Когда воды уже нет, говорить о внутренней энергии воды в чайнике нельзя — остаётся внутренняя энергия чайника и пара/воздуха вокруг.

Итог

Внутренняя энергия воды в чайнике на включённой плите будет увеличиваться:

• до кипения — вместе с ростом температуры;

• при кипении — тоже увеличивается, хотя температура почти не меняется, потому что энергия тратится на парообразование.