Номер 2, страница 54 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 3. Температура. Газовые законы. Параграф 3.1. Состояние макроскопических тел в термодинамике - номер 2, страница 54.

Условие.

2. Какой смысл имеют эти величины с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

Решение.

Решение

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) объясняет макроскопические свойства тел на основе представлений о том, что все тела состоят из мельчайших частиц (молекул, атомов), которые находятся в непрерывном хаотическом движении и взаимодействуют друг с другом. Поскольку в вопросе не указаны конкретные величины, рассмотрим смысл основных термодинамических параметров с точки зрения МКТ.

Температура

С точки зрения МКТ, температура является мерой средней кинетической энергии хаотического (теплового) поступательного движения частиц вещества. Иными словами, чем выше температура тела, тем быстрее в среднем движутся его молекулы. Абсолютная температура ($\text{T}$), измеряемая в кельвинах, прямо пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул ($\overline{E_k}$).

Эта фундаментальная связь выражается формулой: $\overline{E_k} = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ – постоянная Больцмана ($k \approx 1,38 \cdot 10^{-23}$ Дж/К). Таким образом, температура — это макроскопический параметр, который на микроуровне характеризует интенсивность теплового движения частиц. При абсолютном нуле ($T=0$ К) тепловое движение частиц прекратилось бы.

Ответ: Температура — это физическая величина, являющаяся мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц, из которых состоит тело.

Давление

Согласно МКТ, давление газа на стенки сосуда (или на любую поверхность) возникает в результате многочисленных упругих ударов молекул газа об эту поверхность. Каждая молекула при столкновении передает стенке некоторый импульс. Так как число молекул огромно и они движутся хаотично, их удары создают постоянно действующую силу, распределенную по всей поверхности. Давление — это и есть отношение этой силы к площади поверхности. Давление зависит от концентрации молекул, их массы и средней скорости их движения (а значит, и от температуры).

Основное уравнение МКТ для идеального газа связывает макроскопическое давление ($\text{p}$) с микроскопическими параметрами: $p = \frac{1}{3} n m_0 \overline{v^2}$, где $\text{n}$ – концентрация молекул, $m_0$ – масса одной молекулы, а $\overline{v^2}$ – средний квадрат скорости молекул. Это уравнение показывает, что давление есть результат коллективного действия движущихся молекул.

Ответ: Давление — это макроскопическая величина, обусловленная суммарным импульсом, передаваемым молекулами при их ударах о поверхность.

Внутренняя энергия

С точки зрения МКТ, внутренняя энергия ($\text{U}$) макроскопического тела определяется как сумма кинетических энергий хаотического движения всех его частиц (молекул, атомов) и потенциальных энергий их взаимодействия друг с другом.

$U = E_к + E_п$

Кинетическая энергия ($E_к$) связана с движением частиц (поступательным, вращательным, колебательным), а потенциальная ($E_п$) — с силами притяжения и отталкивания между ними. В идеальном газе, по определению, силами взаимодействия между молекулами пренебрегают ($E_п = 0$), поэтому его внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий всех его молекул и зависит только от температуры. Например, для одноатомного идеального газа внутренняя энергия вычисляется по формуле $U = \frac{3}{2}\nu RT$, где $\nu$ - количество вещества, $\text{R}$ – универсальная газовая постоянная.

Ответ: Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии теплового движения всех частиц тела и потенциальной энергии их взаимного расположения и взаимодействия.