Номер 12, страница 200 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 5. Молекулярная физика. Параграф 24. Молекулярно-кинетическая теория - номер 12, страница 200.

Условие.

12. Объясните, почему движение молекул никогда не прекращается.

Решение.

Решение

Движение молекул (а также атомов и других частиц, из которых состоит вещество) является фундаментальным свойством материи и напрямую связано с понятием температуры. Это явление, известное как тепловое движение, никогда не прекращается по двум основным причинам, вытекающим из законов термодинамики и квантовой механики.

1. Связь с температурой и третий закон термодинамики. Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его частиц. Чем выше абсолютная температура тела ($\text{T}$), тем выше средняя кинетическая энергия ($E_k$) его молекул, то есть $E_k \sim T$. Соответственно, чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. Понижение температуры приводит к замедлению их движения. Теоретически, движение могло бы полностью прекратиться только при достижении абсолютного нуля температуры, который равен 0 Кельвинов (или -273,15 °C). Однако, согласно третьему закону термодинамики, достичь температуры абсолютного нуля на практике невозможно. Любое тело во Вселенной имеет температуру выше абсолютного нуля, а значит, его частицы обладают тепловой энергией, которая проявляется в виде их непрерывного хаотического движения (поступательного, вращательного и колебательного).

2. Квантово-механический аспект: нулевая энергия. Даже если бы было возможно охладить тело до абсолютного нуля, движение частиц не прекратилось бы полностью. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга в квантовой механике, невозможно одновременно точно измерить и положение частицы, и ее импульс (который связан со скоростью). Если бы частица полностью остановилась, ее импульс был бы равен нулю с абсолютной точностью, что означало бы полную неопределенность ее положения. Это противоречит фундаментальным принципам квантового мира. Поэтому даже при абсолютном нуле частицы сохраняют минимально возможную энергию, называемую нулевой энергией или энергией нулевых колебаний. Эта энергия заставляет атомы в кристаллической решетке продолжать колебаться около своих положений равновесия.

Таким образом, непрекращающееся движение молекул — это следствие того, что любое вещество обладает температурой выше недостижимого абсолютного нуля, и даже в этом гипотетическом состоянии частицы продолжали бы двигаться из-за квантовых эффектов.

Ответ:

Движение молекул никогда не прекращается, потому что оно является проявлением тепловой энергии. Полное прекращение движения возможно только при температуре абсолютного нуля (0 К), которая, согласно третьему закону термодинамики, недостижима. Более того, даже при абсолютном нуле, согласно принципам квантовой механики, частицы сохраняют минимальную "нулевую энергию" и продолжают совершать колебательные движения.