Номер 3, страница 188, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

3. Дайте качественное объяснение газовых законов на основе молекулярно-кинетической теории.

3. Газовые законы описывают поведение идеального газа при изменении его макроскопических параметров (давления $\text{P}$, объема $\text{V}$ и температуры $\text{T}$), когда один из параметров и масса газа остаются постоянными. Объяснение этих законов с точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ) выглядит следующим образом:

Изотермический процесс (закон Бойля-Мариотта)

Процесс протекает при постоянной температуре ($T = \text{const}$). Согласно МКТ, температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Если температура постоянна, то и средняя скорость движения молекул газа остается неизменной. Давление газа на стенки сосуда создается ударами молекул. Если уменьшать объем сосуда ($V \downarrow$), то концентрация молекул (число молекул в единице объема) увеличивается. Это приводит к тому, что число ударов молекул о стенки сосуда в единицу времени возрастает, следовательно, давление газа увеличивается ($P \uparrow$). Таким образом, при постоянной температуре давление газа обратно пропорционально его объему ($P \sim 1/V$).

Изобарный процесс (закон Гей-Люссака)

Процесс протекает при постоянном давлении ($P = \text{const}$). При нагревании газа его температура растет ($T \uparrow$), что означает увеличение средней кинетической энергии и скорости движения молекул. Молекулы начинают двигаться быстрее и, следовательно, ударяются о стенки сосуда чаще и с большей силой. Это должно было бы привести к увеличению давления. Однако, чтобы давление оставалось постоянным, объем газа должен увеличиться ($V \uparrow$). При увеличении объема расстояние между молекулами возрастает, их концентрация уменьшается, и число ударов о стенки в единицу времени сокращается. Этот эффект компенсирует увеличение силы и частоты ударов, в результате чего давление остается неизменным. Таким образом, при постоянном давлении объем газа прямо пропорционален его абсолютной температуре ($V \sim T$).

Изохорный процесс (закон Шарля)

Процесс протекает при постоянном объеме ($V = \text{const}$). Если объем сосуда неизменен, то и концентрация молекул газа постоянна. При увеличении температуры газа ($T \uparrow$) средняя скорость движения его молекул возрастает. В результате молекулы чаще и с большей силой ударяются о стенки сосуда. Оба этих фактора (увеличение частоты и силы ударов) приводят к увеличению давления газа на стенки сосуда ($P \uparrow$). Таким образом, при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре ($P \sim T$).

Ответ: Качественное объяснение газовых законов основывается на представлениях МКТ о том, что давление газа обусловлено ударами его молекул о стенки сосуда, а температура является мерой средней кинетической энергии этих молекул. Изменение одного из макропараметров ($P, V$ или $\text{T}$) при постоянстве другого приводит к изменению интенсивности (частоты и силы) ударов молекул, что, в свою очередь, определяет изменение третьего макропараметра в соответствии с газовыми законами.