Номер 5, страница 222 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Молекулярная физика. Глава 8. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 40. Молекулярно-кинетическая теория и газовые законы. Вопросы - номер 5, страница 222.

Условие.

5. Какие физические модели используют при объяснении изопроцессов с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

Решение.

Решение

Для объяснения изопроцессов с точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ) используют основную физическую модель этой теории — модель идеального газа.

Данная модель строится на ряде допущений:
1. Молекулы газа рассматриваются как материальные точки, собственный размер и объём которых пренебрежимо малы по сравнению с объёмом сосуда.
2. Молекулы не взаимодействуют друг с другом на расстоянии (силы притяжения и отталкивания отсутствуют); их взаимодействие сводится к коротким упругим столкновениям.
3. Столкновения молекул между собой и со стенками сосуда являются абсолютно упругими.
4. Молекулы находятся в непрерывном хаотическом (беспорядочном) движении.

На основе этой модели объясняются все газовые законы для изопроцессов.

Изохорный процесс ($V = const$)
В этом процессе при постоянном объёме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($p \sim T$). С точки зрения МКТ, повышение температуры означает увеличение средней кинетической энергии молекул, то есть они начинают двигаться быстрее. Поскольку объём сосуда не меняется, концентрация молекул остаётся постоянной. Увеличение скорости молекул приводит к тому, что они чаще и с большей силой ударяются о стенки сосуда, что макроскопически проявляется как увеличение давления.

Изобарный процесс ($p = const$)
При постоянном давлении объём газа прямо пропорционален его абсолютной температуре ($V \sim T$). При нагревании газа его молекулы начинают двигаться быстрее. Чтобы давление, создаваемое их ударами о стенки, осталось неизменным, объём газа должен увеличиться. При расширении газа концентрация молекул уменьшается, и они реже сталкиваются со стенками. Таким образом, возросшая сила каждого удара (из-за большей скорости) компенсируется уменьшением частоты ударов, в результате чего давление остаётся постоянным.

Изотермический процесс ($T = const$)
При постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объёму ($p \sim 1/V$). Постоянство температуры с точки зрения МКТ означает, что средняя кинетическая энергия и, следовательно, средняя скорость молекул остаются неизменными. Если уменьшать объём газа, то концентрация молекул возрастает. Это приводит к увеличению числа ударов молекул о стенки сосуда в единицу времени. Так как сила каждого удара не изменилась, увеличение их частоты приводит к пропорциональному росту давления.

Ответ: Для объяснения изопроцессов с точки зрения молекулярно-кинетической теории используется физическая модель идеального газа. Она позволяет объяснить макроскопические закономерности (связь между давлением, объёмом и температурой) на основе представлений о движении и взаимодействии микроскопических частиц (молекул).