Номер 2, страница 7 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 1. Развитие представлений о природе теплоты. Параграф 1.2. Тепловые явления - номер 2, страница 7.

Условие.

2. Почему протекание тепловых процессов связано со строением вещества и, наоборот, каким образом строение вещества определяет протекание тепловых процессов?

Решение.

Связь между тепловыми процессами и строением вещества является фундаментальной, поскольку тепловые явления — это макроскопическое проявление движения и взаимодействия микроскопических частиц (атомов, молекул, ионов), из которых состоит вещество. Эта связь двусторонняя.

Почему протекание тепловых процессов связано со строением вещества

Тепловые процессы, такие как нагревание, охлаждение и теплопередача, по своей сути являются процессами изменения внутренней энергии тела. Внутренняя энергия, в свою очередь, складывается из кинетической энергии хаотического движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Температура является мерой средней кинетической энергии этих частиц. Следовательно, макроскопический процесс нагревания напрямую связан с увеличением скорости движения частиц на микроуровне.

Теплопередача происходит тремя способами, и каждый из них определяется строением вещества. Во-первых, теплопроводность: в твердых телах, где атомы образуют кристаллическую решетку, энергия передается за счет колебаний атомов, которые передаются от одного к другому. В металлах к этому добавляется движение свободных электронов. В жидкостях и газах энергия передается при столкновениях молекул. Во-вторых, конвекция: этот вид теплопередачи возможен только в жидкостях и газах, где частицы могут свободно перемещаться. Нагретые слои вещества становятся менее плотными и поднимаются, а холодные опускаются, создавая потоки, переносящие тепло. В твердых телах с их фиксированной структурой конвекция невозможна. В-третьих, излучение: любое тело с температурой выше абсолютного нуля излучает электромагнитные волны, и его способность излучать и поглощать энергию зависит от его атомного и электронного строения. Таким образом, любой тепловой процесс — это результат коллективного поведения частиц, и его протекание неразрывно связано со строением вещества.

каким образом строение вещества определяет протекание тепловых процессов

Строение вещества на микроуровне (тип частиц, их расположение, силы взаимодействия) определяет его макроскопические тепловые свойства, которые диктуют, как вещество будет вести себя в тепловых процессах. Ключевую роль играет агрегатное состояние. В газах частицы находятся далеко друг от друга, что определяет их низкую теплопроводность и способность к конвекции. В жидкостях частицы расположены близко, но подвижны, что обуславливает возможность и теплопроводности, и конвекции. В твердых телах частицы жестко связаны, что делает теплопроводность основным механизмом теплопередачи.

Кроме того, строение вещества определяет его конкретные тепловые характеристики. Удельная теплоемкость ($\text{c}$) зависит от числа степеней свободы частиц (поступательных, вращательных, колебательных). Теплопроводность ($\lambda$) зависит от плотности упаковки частиц и наличия свободных носителей энергии, как электроны в металлах. Температуры фазовых переходов (плавления, кипения) и соответствующие им удельные теплоты (плавления, парообразования) напрямую определяются энергией, необходимой для разрыва связей между частицами. Чем прочнее связи, тем выше эти температуры и теплоты.

Таким образом, строение вещества является первопричиной его тепловых свойств, которые и определяют характер протекания тепловых процессов с участием этого вещества.

Ответ: Протекание тепловых процессов неразрывно связано со строением вещества, так как тепловые явления (температура, внутренняя энергия, теплопередача) являются макроскопическим проявлением хаотического движения и взаимодействия составляющих вещество частиц (атомов, молекул). В свою очередь, строение вещества (агрегатное состояние, тип частиц, силы связи между ними) определяет его конкретные тепловые свойства (теплоемкость, теплопроводность, температуры фазовых переходов), которые диктуют, как именно будут протекать тепловые процессы в данном веществе.