Номер 4, страница 250 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 9. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 51. Температура. Вопросы - номер 4, страница 250.

Условие.

4. Почему термодинамическая температура не может быть отрицательной?

Решение.

3. Понятие температуры является макроскопической, то есть статистической, характеристикой системы, состоящей из огромного числа частиц. Температура определяет среднюю кинетическую энергию хаотического движения молекул или атомов. У одной отдельно взятой молекулы есть мгновенная скорость и, соответственно, мгновенная кинетическая энергия $E_k = \frac{mv^2}{2}$. Однако эта величина постоянно меняется при столкновениях. Понятие "средней" энергии, усредненной по большому ансамблю частиц, к одной молекуле неприменимо. Температура связана со средней кинетической энергией формулой $\overline{E_k} = \frac{3}{2}kT$, где $\overline{E_k}$ — именно средняя энергия. Таким образом, температура — это свойство совокупности частиц, а не одной частицы. Ответ: Нет, понятие температуры неприменимо к одной молекуле, поскольку температура — это статистическая мера средней кинетической энергии большого числа частиц.

4. Термодинамическая температура (абсолютная температура), измеряемая в кельвинах, по своему физическому смыслу является мерой интенсивности теплового движения частиц в теле. Она напрямую связана со средней кинетической энергией поступательного движения молекул. Эта связь для идеального газа выражается формулой: $T = \frac{2\overline{E_k}}{3k}$, где $\overline{E_k}$ — средняя кинетическая энергия молекул, а $k$ — постоянная Больцмана ($k \approx 1.38 \times 10^{-23}$ Дж/К). Кинетическая энергия $E_k = \frac{mv^2}{2}$ не может быть отрицательной, так как масса частицы $m$ и квадрат её скорости $v^2$ всегда неотрицательны. Следовательно, и средняя кинетическая энергия $\overline{E_k}$ не может быть отрицательной. Поскольку постоянная Больцмана $k$ — это положительная константа, то и температура $T$ не может принимать отрицательные значения. Минимально возможное значение температуры — это абсолютный нуль ($T=0$ K), при котором тепловое поступательное движение частиц прекращается и их средняя кинетическая энергия становится равной нулю. Ответ: Термодинамическая температура не может быть отрицательной, так как она прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения молекул, а кинетическая энергия по своей природе не может быть отрицательной величиной.