Групповое задание, страница 201 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 5. Молекулярная физика. Параграф 24. Молекулярно-кинетическая теория - страница 201.

Условие.

Групповое задание

Разделитесь на две группы и устройте «суд» над молекулярно-кинетической теорией. Пусть «обвинители» выражают сомнения в существовании молекул и атомов, а «защитники» — приводят доводы в пользу их существования.

Решение.

Ниже представлены аргументы для двух групп в рамках инсценированного «суда» над молекулярно-кинетической теорией.

---

Аргументы «обвинителей» (выражающих сомнения в существовании молекул и атомов)

• Невидимость частиц и непрерывность вещества

  Мы не можем увидеть атомы и молекулы ни невооруженным глазом, ни с помощью самых мощных оптических микроскопов. То, что недоступно прямому наблюдению, не может считаться реально существующим. Вещество представляется нам сплошным и непрерывным. Например, каплю воды можно делить на все более мелкие капли, и нет никаких признаков того, что существует предел такого деления. Гипотеза о мельчайших неделимых частицах — это лишь умозрительная конструкция, а не научный факт.

  Ответ: Отсутствие прямого визуального подтверждения и кажущаяся непрерывность вещества ставят под сомнение реальность существования атомов и молекул.

• Противоречие здравому смыслу

  Теория утверждает, что между частицами существует пустое пространство. Как может существовать «ничто»? Кроме того, утверждается, что эти частицы находятся в вечном хаотическом движении. Но если мы оставим стакан с водой в покое, вода в нем станет абсолютно неподвижной. Откуда же берется это невидимое внутреннее движение, которое никогда не прекращается и не требует энергии?

  Ответ: Концепции пустоты между частицами и их вечного самопроизвольного движения противоречат повседневному опыту и интуитивным представлениям о мире.

• Природа сил взаимодействия

  Молекулярно-кинетическая теория утверждает, что молекулы притягиваются и отталкиваются друг от друга. Но что это за таинственные силы, действующие на расстоянии через пустоту? Объяснение этих сил само по себе требует введения новых, еще более сложных и недоказуемых гипотез. Проще предположить, что свойства вещества (упругость, прочность, текучесть) являются его внутренними, присущими ему как единому целому, а не результатом взаимодействия невидимых частиц.

  Ответ: Природа межмолекулярных сил неясна и их существование постулируется без достаточных на то оснований, что делает теорию излишне сложной.

---

Доводы «защитников» (в пользу существования молекул и атомов)

• Диффузия и броуновское движение

  Явление диффузии — самопроизвольное смешивание веществ — наглядно доказывает, что вещества не являются сплошными. Запах духов распространяется по комнате, потому что их молекулы проникают в промежутки между молекулами воздуха. Броуновское движение — хаотичное движение микроскопических частиц (например, пыльцы), взвешенных в жидкости или газе — является прямым следствием непрерывных и хаотичных ударов по ним невидимых молекул среды. Это движение невозможно объяснить, если считать жидкость или газ сплошной, неподвижной средой.

  Ответ: Явления диффузии и броуновского движения являются прямыми экспериментальными доказательствами существования молекул и их непрерывного хаотического движения.

• Объяснение агрегатных состояний и газовых законов

  Молекулярно-кинетическая теория блестяще объясняет существование трех агрегатных состояний вещества (твердого, жидкого, газообразного) и переходы между ними. Различия в свойствах этих состояний определяются характером движения и взаимодействия молекул. На основе этой теории выводятся законы идеального газа (уравнение Клапейрона-Менделеева $pV = \nu RT$), которые связывают макроскопические параметры (давление $\text{p}$, объем $\text{V}$, температура $\text{T}$) с микроскопическими характеристиками. Давление газа, например, объясняется как результат ударов огромного числа молекул о стенки сосуда.

  Ответ: Молекулярно-кинетическая теория предоставляет единую и логичную модель для объяснения агрегатных состояний вещества и количественных газовых законов.

• Законы химии и кристаллография

  Химические реакции подчиняются строгим количественным законам, таким как закон сохранения массы и закон постоянства состава. Вещества вступают в реакции в строго определенных весовых отношениях, что легко объясняется, если предположить, что они состоят из дискретных частиц — атомов, которые соединяются в молекулы в целочисленных соотношениях. Кроме того, правильная форма кристаллов (например, кристаллов соли или снежинок) является внешним проявлением упорядоченного расположения атомов или молекул в кристаллической решетке.

  Ответ: Законы стехиометрии в химии и правильная структура кристаллов неопровержимо свидетельствуют о дискретном, атомарном строении вещества.

• Прямое наблюдение с помощью современных приборов

  С развитием технологий в XX веке были созданы приборы, позволяющие «увидеть» отдельные атомы. С помощью сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и атомно-силового микроскопа (АСМ) ученые получили изображения поверхностей, на которых отчетливо видны отдельные атомы, расположенные в определенном порядке. Стала возможной даже манипуляция отдельными атомами для создания наноструктур. Это является окончательным и прямым доказательством существования атомов.

  Ответ: Современные технологии, такие как СТМ и АСМ, предоставляют прямое визуальное подтверждение существования атомов, переводя их из разряда гипотетических объектов в реально наблюдаемые.