Номер 4, страница 63 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 3. Температура. Газовые законы. Параграф 3.3. Уравнение состояния - номер 4, страница 63.

Условие.

4. Почему не существует универсального уравнения состояния для жидкостей и твёрдых тел?

Решение.

Универсального уравнения состояния, подобного уравнению состояния идеального газа ($PV = \nu RT$), не существует для жидкостей и твёрдых тел из-за фундаментальных различий в их микроскопическом строении и характере межмолекулярного взаимодействия. Модель идеального газа основана на допущениях, которые совершенно неприменимы к конденсированным средам (жидкостям и твёрдым телам).

Ключевые причины заключаются в следующем:

1. Сильные межмолекулярные взаимодействия. В газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга, и силами взаимодействия между ними часто можно пренебречь. В жидкостях и твёрдых телах, наоборот, частицы расположены очень близко. Силы притяжения и отталкивания между ними значительны и играют определяющую роль в поведении вещества. Характер и величина этих сил (например, водородные связи в воде, ковалентные в алмазе, металлические в железе) сугубо индивидуальны для каждого вещества. Создать единое уравнение, которое бы адекватно описывало всё это многообразие сил, невозможно.

2. Значительный собственный объём частиц. Модель идеального газа предполагает, что объём самих молекул ничтожно мал по сравнению с объёмом сосуда. В жидкостях и твёрдых телах это допущение неверно. Собственный объём частиц составляет значительную часть общего объёма, и его необходимо учитывать. Этот «исключённый объём» также зависит от конкретного размера и формы молекул вещества.

3. Сложная структура. В отличие от газов, где частицы движутся хаотично, жидкости имеют ближний порядок (согласованность в расположении соседних частиц), а кристаллические твёрдые тела — дальний порядок (периодически повторяющуюся кристаллическую решётку). Эта структура сильно влияет на физические свойства вещества. Разнообразие этих структур для разных веществ колоссально и не поддаётся описанию единой формулой.

Таким образом, из-за того что поведение жидкостей и твёрдых тел определяется уникальным для каждого вещества сочетанием сил взаимодействия, размера частиц и их взаимного расположения, для них используют множество различных, более сложных и специфических уравнений состояния, которые справедливы лишь для определённого вещества или группы схожих веществ.

Ответ: Универсального уравнения состояния для жидкостей и твёрдых тел не существует, потому что их макроскопические свойства (сжимаемость, тепловое расширение) в решающей степени зависят от индивидуальных для каждого вещества факторов: характера и силы межмолекулярных взаимодействий, а также собственного объёма и структуры расположения частиц. В отличие от модели идеального газа, этими факторами в жидкостях и твёрдых телах пренебречь нельзя.