Номер 4, страница 217 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 39. Уравнение состояния идеального газа. Внутренняя энергия идеального газа. Вопросы - номер 4, страница 217.

Условие.

4. Почему внутренняя энергия идеального одноатомного газа определяется лишь кинетической энергией хаотического поступательного движения его молекул?

Решение.

Решение

Внутренняя энергия любого тела в общем случае складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Кинетическая энергия, в свою очередь, может состоять из энергии поступательного, вращательного и колебательного движений.

Рассмотрим модель идеального одноатомного газа, чтобы понять, почему для него остаются не все составляющие энергии:

1. Свойство «идеальный газ». В этой модели предполагается, что частицы газа (молекулы или атомы) не взаимодействуют друг с другом на расстоянии. Это означает, что силы притяжения и отталкивания между ними отсутствуют. Следовательно, потенциальная энергия взаимодействия частиц равна нулю. Взаимодействие происходит только в моменты коротких упругих столкновений.

2. Свойство «одноатомный газ». Это означает, что газ состоит из отдельных атомов (например, гелий He, неон Ne, аргон Ar).
• Атом в физике можно рассматривать как материальную точку. Момент инерции материальной точки относительно оси, проходящей через нее, равен нулю. Поэтому атом не может вращаться, и его кинетическая энергия вращательного движения равна нулю.
• Поскольку молекула состоит всего из одного атома, в ней нет химических связей, вдоль которых могли бы происходить колебания. Следовательно, кинетическая энергия колебательного движения также равна нулю.

В результате, из всех возможных видов энергии, которые могли бы составить внутреннюю энергию, для идеального одноатомного газа остается только один: кинетическая энергия хаотического поступательного движения его атомов. Именно поэтому внутренняя энергия такого газа $\text{U}$ прямо пропорциональна его абсолютной температуре $\text{T}$, которая и является мерой средней кинетической энергии поступательного движения частиц: $U = \frac{3}{2}\nu RT$.

Ответ: Внутренняя энергия идеального одноатомного газа определяется лишь кинетической энергией хаотического поступательного движения его молекул (атомов), потому что в модели идеального газа пренебрегают потенциальной энергией взаимодействия частиц, а для одноатомных частиц (атомов) кинетическая энергия вращательного и колебательного движения равна нулю.