Номер 1, страница 232 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

ЕГЭ

1. Тепловой контакт двух сосудов с газами при разных температурах осуществляется способом А и способом Б (см. рис.). Если теплообмен возможен только между сосудами, то средняя кинетическая энергия молекул в верхнем сосуде

1) увеличивается только в случае A

2) увеличивается только в случае Б

3) увеличивается в обоих случаях

4) не увеличивается ни в одном из случаев

Решение

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа ($E_k$) является мерой его температуры. Она прямо пропорциональна абсолютной температуре газа ($\text{T}$) согласно формуле: $E_k = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ — постоянная Больцмана. Таким образом, вопрос об увеличении средней кинетической энергии молекул эквивалентен вопросу об увеличении температуры газа в верхнем сосуде.

В соответствии со вторым началом термодинамики, при теплообмене энергия (теплота) самопроизвольно передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, пока их температуры не сравняются.

Рассмотрим случай А. Температура газа в верхнем сосуде составляет $100°C$, а в нижнем — $0°C$. Поскольку верхний сосуд горячее нижнего, тепловой поток будет направлен сверху вниз. Следовательно, верхний сосуд будет отдавать тепло, его температура будет понижаться, а средняя кинетическая энергия его молекул — уменьшаться.

Рассмотрим случай Б. Температура газа в верхнем сосуде составляет $0°C$, а в нижнем — $100°C$. Поскольку нижний сосуд горячее верхнего, тепловой поток будет направлен снизу вверх. Следовательно, верхний сосуд будет получать тепло, его температура будет повышаться, а средняя кинетическая энергия его молекул — увеличиваться. Стоит отметить, что в этом случае теплопередача будет особенно эффективной благодаря конвекции: более теплый и менее плотный газ из нижнего сосуда будет подниматься, а более холодный и плотный газ из верхнего — опускаться.

Таким образом, средняя кинетическая энергия молекул в верхнем сосуде увеличивается только в случае Б.

Ответ: 2