Номер 1, страница 213 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 38. Температура и средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул. Вопросы - номер 1, страница 213.

Условие.

1. Какие опыты подтверждают, что модуль средней скорости движения молекул повышается с увеличением температуры газа или жидкости?

Решение.

1. Какие опыты подтверждают, что модуль средней скорости движения молекул повышается с увеличением температуры газа или жидкости?

Зависимость модуля средней скорости движения молекул от температуры подтверждают несколько ключевых физических явлений и опытов, которые можно наблюдать.

Одним из самых наглядных примеров является диффузия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого. Если в два стакана, один с холодной, а другой с горячей водой, капнуть по капле чернил или бросить по кристаллику перманганата калия (марганцовки), то в горячей воде окрашивание произойдет значительно быстрее. Это объясняется тем, что молекулы горячей воды обладают большей кинетической энергией и, следовательно, большей средней скоростью. Они быстрее перемещаются и чаще сталкиваются с частицами красителя, что ускоряет процесс его распределения по всему объему.

Другим доказательством служит броуновское движение. Это хаотичное движение микроскопических частиц (например, пыльцы растений или частиц дыма), взвешенных в жидкости или газе. Движение этих частиц вызвано постоянными и беспорядочными ударами со стороны молекул окружающей среды. При нагревании жидкости или газа интенсивность броуновского движения заметно возрастает: взвешенные частицы начинают двигаться быстрее и резче. Это прямо указывает на то, что молекулы среды при повышении температуры стали двигаться с большей скоростью и передавать частицам больший импульс при столкновениях.

Эти наблюдения полностью согласуются с выводами молекулярно-кинетической теории. Согласно этой теории, абсолютная температура ($\text{T}$) является прямой мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул вещества: $\overline{E_k} = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ — постоянная Больцмана. В то же время, средняя кинетическая энергия связана со средней квадратичной скоростью ($v_{кв}$) соотношением $\overline{E_k} = \frac{m_0 v_{кв}^2}{2}$, где $m_0$ — масса одной молекулы. Приравнивая эти два выражения, получаем, что средняя квадратичная скорость молекул $v_{кв} = \sqrt{\frac{3kT}{m_0}}$. Из этой формулы видно, что средняя скорость движения молекул прямо зависит от температуры: чем выше температура, тем выше скорость.

Ответ: Опыты, подтверждающие, что модуль средней скорости движения молекул повышается с увеличением температуры, включают наблюдение за ускорением процесса диффузии (например, растворение краски в горячей и холодной воде) и усилением интенсивности броуновского движения (хаотичного движения микрочастиц в жидкости или газе при их нагревании).