Номер 1, страница 41 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 2. Основы молекулярно-кинетической теории. Параграф 2.5. Потенциальная энергия взаимодействия молекул - номер 1, страница 41.

Условие.

? 1. Почему при исследовании поведения большой совокупности молекул пользуются не силовыми характеристиками, а энергетическими?

Решение.

Решение

При исследовании поведения большой совокупности молекул, например, газа в сосуде, использование силовых характеристик является практически невозможным и нецелесообразным, в то время как энергетические характеристики предоставляют удобный и мощный инструмент для описания системы.

Основная причина заключается в колоссальной сложности описания через силы. Сила является векторной величиной. Для полного описания системы из $\text{N}$ молекул необходимо было бы в каждый момент времени знать вектор силы, действующий на каждую из них. В макроскопических телах число молекул огромно (порядка числа Авогадро $N_A \approx 6.022 \times 10^{23}$ моль$^{-1}$). Эти силы постоянно и хаотично изменяются из-за столкновений молекул друг с другом и со стенками сосуда. Отследить такое колоссальное количество векторов и их изменения во времени — нерешаемая задача, требующая обработки практически бесконечного объема информации.

Энергетический подход, напротив, значительно проще и эффективнее. Энергия, в отличие от силы, является скалярной величиной. Это позволяет оперировать одной величиной — полной энергией системы, вместо огромного числа векторов сил. Энергетические характеристики, такие как внутренняя энергия ($\text{U}$) и температура ($\text{T}$), описывают систему в среднем, на макроскопическом уровне. Внутренняя энергия представляет собой суммарную кинетическую и потенциальную энергию всех молекул, а температура является мерой средней кинетической энергии их хаотического движения. Кроме того, для изолированной системы действует фундаментальный закон сохранения энергии, что сильно упрощает анализ. Поведение огромного ансамбля частиц носит статистический характер, и нас интересуют именно усредненные макроскопические параметры (давление, объем, температура), которые напрямую связаны с энергетическими характеристиками системы, а не с мгновенными силами, действующими на отдельные молекулы.

Таким образом, переход от детального силового описания каждой частицы к усредненному энергетическому описанию всей системы позволяет отбросить избыточную, ненужную для макроскопического мира информацию и работать с измеримыми и предсказуемыми величинами.

Ответ: Использование энергетических характеристик (таких как внутренняя энергия, температура) вместо силовых при описании больших совокупностей молекул обусловлено тем, что сила — это векторная величина, и для полного описания системы потребовалось бы отслеживать огромное и постоянно меняющееся количество векторов сил для каждой молекулы, что практически невозможно. Энергия — это скалярная величина, которая позволяет описывать систему в целом с помощью усредненных, макроскопических параметров. Этот подход значительно проще и соответствует статистической природе поведения макросистем, где важны не индивидуальные траектории частиц, а их средние характеристики, которые и определяют измеряемые свойства вещества (давление, температуру).