Номер 1, страница 201, часть 1 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Объясните

Как объяснить нагревание газа при сжатии с молекулярной точки зрения?

С молекулярной точки зрения, температура газа является мерой средней кинетической энергии хаотического движения его молекул. Нагревание газа означает увеличение этой средней кинетической энергии.

Рассмотрим процесс сжатия газа, например, в цилиндре под поршнем. Газ состоит из огромного числа молекул, которые беспорядочно движутся и сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда.

Когда мы сжимаем газ, поршень движется внутрь, уменьшая объем. Молекулы газа, которые летят навстречу поршню, сталкиваются с ним. Поскольку поршень движется, то после упругого столкновения с ним скорость молекулы увеличивается. Это можно представить по аналогии с теннисным мячом, который отскакивает от движущейся навстречу ракетки — его скорость после удара будет больше, чем если бы он отскочил от неподвижной стенки.

При каждом таком столкновении поршень совершает работу над молекулой, передавая ей часть своей кинетической энергии. В результате кинетическая энергия этих молекул возрастает. Затем эти "ускоренные" молекулы сталкиваются с другими молекулами газа, передавая им часть своей возросшей энергии. За счет огромного числа столкновений эта дополнительная энергия быстро и равномерно распределяется между всеми молекулами газа.

Таким образом, средняя кинетическая энергия всех молекул газа увеличивается. А поскольку температура напрямую связана со средней кинетической энергией молекул ($E_k = \frac{3}{2}kT$), увеличение этой энергии означает повышение температуры газа.

Ответ: Нагревание газа при сжатии с молекулярной точки зрения объясняется тем, что движущиеся стенки сосуда (например, поршень) при столкновениях передают энергию молекулам газа. Это приводит к увеличению средней скорости их движения, а следовательно, к росту средней кинетической энергии молекул, что макроскопически воспринимается как повышение температуры.