Номер 5, страница 242 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 9. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 49. Распределение молекул идеального газа в пространстве. Вопросы - номер 5, страница 242.

Условие.

5. Как распределяются в пространстве молекулы идеального газа в отсутствие внешних сил? Почему?

Решение.

Решение

В отсутствие внешних сил (например, поля тяготения) молекулы идеального газа распределяются в пространстве равномерно по всему предоставленному им объему. Это означает, что концентрация молекул (их число в единице объема) одинакова во всех точках пространства, занимаемого газом.

Причина такого распределения кроется в основных положениях молекулярно-кинетической теории, описывающей модель идеального газа:

1. Непрерывное хаотическое движение. Молекулы газа находятся в состоянии постоянного, беспорядочного движения. Они движутся по прямым траекториям до столкновения друг с другом или со стенками сосуда, после чего меняют направление и скорость. Из-за этого хаотического движения нет никаких выделенных направлений или областей в пространстве. Любая неоднородность в распределении молекул быстро исчезает, так как молекулы из области с большей концентрацией перемещаются в область с меньшей, и наоборот, пока не установится равновесное, однородное состояние.

2. Отсутствие межмолекулярного взаимодействия. В модели идеального газа считается, что силы притяжения и отталкивания между молекулами отсутствуют. Они взаимодействуют только в момент упругих столкновений. Это означает, что молекулы не могут образовывать устойчивые скопления в какой-либо части объема.

3. Отсутствие внешних сил. По условию, на газ не действуют внешние силы. Если бы, например, действовала сила тяжести, то она создала бы выделенное направление (вниз), и концентрация молекул была бы выше у дна сосуда. В отсутствие таких сил все точки в пространстве равноправны, и у молекул нет причин скапливаться в каком-то определенном месте.

Таким образом, хаотическое движение в отсутствие каких-либо организующих сил (внутренних или внешних) приводит систему в наиболее вероятное состояние, которому соответствует максимальная энтропия — равномерное распределение молекул по всему объему.

Ответ: Молекулы идеального газа в отсутствие внешних сил распределяются равномерно (однородно) по всему занимаемому объему. Это является следствием их непрерывного и хаотического теплового движения, а также отсутствия сил взаимодействия между молекулами и каких-либо внешних силовых полей.