Номер 4, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 48. Агрегатные состояния вещества. 8. Молекулярная структура вещества. Молекулярная физика - номер 4, страница 235.

Условие.

4. При каком условии вещество находится в газообразном состоянии? Сформулируйте условия идеальности газа.

Решение.

При каком условии вещество находится в газообразном состоянии?

Вещество находится в газообразном состоянии, когда средняя кинетическая энергия его частиц (атомов или молекул) значительно превышает потенциальную энергию их взаимодействия. Это означает, что силы притяжения между частицами недостаточно сильны, чтобы удерживать их вместе в упорядоченной структуре (как в твердых телах) или в связанном, но подвижном состоянии (как в жидкостях). В результате частицы движутся хаотично, свободно и занимают весь предоставленный им объем.

На макроскопическом уровне это условие определяется температурой и давлением. Для каждого вещества существует фазовая диаграмма, показывающая его состояние при различных температурах $T$ и давлениях $p$. Вещество переходит в газообразное состояние при выполнении одного из следующих условий:

1. Его температура выше температуры кипения $T_{кип}$ при данном давлении. Например, при нормальном атмосферном давлении вода становится газом (паром) при температуре выше 100°C.

2. Его температура выше критической температуры $T_{к}$. Выше этой температуры вещество не может существовать в жидком состоянии ни при каком давлении и всегда является газом (или, точнее, сверхкритической жидкостью).

Таким образом, основное условие — это достаточно высокая температура и/или достаточно низкое давление, при которых частицы вещества обладают достаточной кинетической энергией для преодоления межмолекулярных сил притяжения.

Ответ: Вещество находится в газообразном состоянии, когда средняя кинетическая энергия его частиц значительно больше потенциальной энергии их взаимодействия, что на макроуровне соответствует температуре выше температуры кипения (при давлении ниже критического) или выше критической температуры.

Сформулируйте условия идеальности газа.

Идеальный газ — это теоретическая (математическая) модель газа, которая используется для упрощения описания поведения реальных газов. Газ считается идеальным, если для него выполняются следующие допущения, основанные на молекулярно-кинетической теории:

1. Пренебрежимо малый объем молекул. Молекулы газа рассматриваются как материальные точки, собственный объем которых пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ.

2. Отсутствие межмолекулярного взаимодействия. Между молекулами газа отсутствуют силы притяжения и отталкивания на расстоянии. Взаимодействие (передача импульса и энергии) происходит только в моменты их кратковременных столкновений. Это означает, что потенциальная энергия взаимодействия молекул равна нулю.

3. Абсолютно упругие столкновения. Столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда являются абсолютно упругими. Это означает, что при столкновениях сохраняется как суммарный импульс, так и суммарная кинетическая энергия системы молекул.

Реальные газы ведут себя подобно идеальному газу при условиях, когда эти допущения становятся справедливыми. Это происходит при низком давлении (когда среднее расстояние между молекулами велико, и их собственный объем и силы взаимодействия становятся незначительными) и при высокой температуре (когда средняя кинетическая энергия молекул $E_k$ намного больше потенциальной энергии их взаимодействия $|E_p|$, то есть $E_k \gg |E_p|$).

Ответ: Условия идеальности газа: 1) объем молекул пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда; 2) между молекулами отсутствуют силы взаимодействия на расстоянии; 3) столкновения молекул друг с другом и со стенками сосуда абсолютно упругие.