Номер 9, страница 227 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Молекулярная физика и термодинамика. Глава 5. Молекулярная физика. Параграф 28. Температура и средняя кинетическая энергия молекул - номер 9, страница 227.

Условие.

9. Объясните, как связана температура газа со средней кинетической энергией его молекул.

Решение.

9. Объясните, как связана температура газа со средней кинетической энергией его молекул.

Температура в молекулярно-кинетической теории (МКТ) является мерой интенсивности теплового движения частиц вещества (атомов, молекул). Для идеального газа эта связь выражается через прямую зависимость между абсолютной температурой и средней кинетической энергией поступательного движения его молекул.

Эта фундаментальная связь описывается формулой Больцмана, которая является одним из основных положений МКТ:

$\bar{E}_k = \frac{3}{2}kT$

В этой формуле:
$\bar{E}_k$ — это средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения одной молекулы газа, измеряемая в джоулях (Дж).
$\text{T}$ — это абсолютная температура газа, измеряемая в кельвинах (К).
$\text{k}$ — это постоянная Больцмана, фундаментальная константа, связывающая температуру с энергией. Её значение приблизительно равно $k \approx 1.38 \times 10^{-23}$ Дж/К.

Из данной формулы следуют несколько важных выводов:
1. Средняя кинетическая энергия молекул газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре ($\bar{E}_k \propto T$). Это означает, что при увеличении температуры в два раза, средняя кинетическая энергия молекул также увеличивается в два раза.
2. Температура — это макроскопический параметр, характеризующий состояние всей системы, в то время как кинетическая энергия — это микроскопическая характеристика движения отдельных молекул. Формула связывает эти два уровня описания материи.
3. При абсолютном нуле температуры ($T = 0$ К), средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул обращается в ноль. Это теоретический предел, при котором тепловое движение частиц прекращается.

Таким образом, чем выше температура газа, тем быстрее в среднем движутся его молекулы, и наоборот, чем ниже температура, тем медленнее их движение.

Ответ: Температура газа является мерой средней кинетической энергии его молекул. Эта зависимость прямо пропорциональна и описывается формулой $\bar{E}_k = \frac{3}{2}kT$, где $\bar{E}_k$ — средняя кинетическая энергия молекул, $\text{T}$ — абсолютная температура, а $\text{k}$ — постоянная Больцмана.