Номер 4, страница 242 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 49. Распределение молекул идеального газа в пространстве. 9. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Молекулярная физика - номер 4, страница 242.

Условие.

4. Скорость теплового движения молекул в воздухе при комнатной температуре близка к скорости пули. Почему аромат духов распространяется по комнате лишь через некоторое время после открытия флакона?

Решение.

4. Скорость теплового движения отдельных молекул в воздухе действительно очень велика. Среднеквадратичная скорость молекул газа может быть вычислена по формуле $v_{кв} = \sqrt{\frac{3kT}{m_0}}$, где $k$ – постоянная Больцмана, $T$ – абсолютная температура, а $m_0$ – масса одной молекулы. При комнатной температуре ($T \approx 293$ К) для молекул азота ($N_2$), составляющих основную часть воздуха, эта скорость составляет около 511 м/с, что сравнимо со скоростью пули.

Причина, по которой аромат духов распространяется медленно, заключается в том, что молекулы духов движутся не в вакууме, а в среде, уже заполненной молекулами воздуха (азота, кислорода и др.). Двигаясь с высокой скоростью, молекула духов очень быстро сталкивается с молекулой воздуха, изменяет направление своего движения, затем сталкивается с другой, снова меняет направление, и так далее. Этот процесс происходит миллиарды раз в секунду.

Таким образом, траектория каждой отдельной молекулы аромата представляет собой не прямую линию от флакона к наблюдателю, а очень сложную, изломанную траекторию, напоминающую случайное блуждание. Процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в другое вследствие их хаотичного теплового движения называется диффузией. Именно из-за многочисленных столкновений и случайного характера движения, суммарное перемещение всех молекул аромата в определенном направлении происходит значительно медленнее, чем скорость движения каждой отдельной молекулы. Поэтому требуется время, чтобы концентрация молекул духов стала достаточной для восприятия запаха на расстоянии.

Ответ: Аромат духов распространяется по комнате медленно не из-за низкой скорости движения молекул, а из-за их частых столкновений с молекулами воздуха. Это приводит к тому, что траектория движения каждой молекулы аромата является сложной ломаной линией, и процесс распространения запаха (диффузия) занимает значительное время.