Номер 1, страница 196 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Образцы заданий ЕГЭ. Параграф 58. Броуновское движение. Глава 8. Основы молекулярно-кинетической теории - номер 1, страница 196.

Условие.

Решение.

Решение 3.

В задаче описано распространение запаха духов по классной комнате. Чтобы ученик, сидящий на последней парте, почувствовал запах, молекулы духов должны переместиться от учительницы, вошедшей в класс, до него. Рассмотрим, какой физический процесс является основным в этом переносе.

1) испарение

Испарение — это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Для того чтобы запах распространился, духи должны сначала испариться, то есть их молекулы должны перейти в воздух. Однако испарение — это лишь начальный этап, который создает источник запаха в воздухе, но не описывает механизм его дальнейшего перемещения по комнате. Поэтому скорость испарения не определяет скорость распространения запаха на расстояние.

2) диффузия

Диффузия — это явление самопроизвольного перемешивания веществ за счет хаотического теплового движения их молекул. Молекулы духов, испарившись, действительно будут диффундировать в воздухе. Однако диффузия в газах — очень медленный процесс на больших расстояниях. Скорость диффузии недостаточна, чтобы запах за 10 секунд распространился на несколько метров. Расстояние $L$, которое проходят частицы за время $t$ при диффузии, можно оценить как $L \approx \sqrt{2Dt}$, где $D$ — коэффициент диффузии. Для паров духов в воздухе $D$ составляет примерно $10^{-5}$ м²/с. Тогда за $t = 10$ с запах распространится на расстояние $L \approx \sqrt{2 \cdot 10^{-5} \text{ м²/с} \cdot 10 \text{ с}} = \sqrt{20 \cdot 10^{-5}} \text{ м} \approx 0.014$ м, то есть всего на 1.4 см. Этого явно недостаточно, чтобы запах достиг последней парты.

3) броуновского движения

Броуновское движение — это хаотичное движение микроскопических частиц (в данном случае, молекул духов) под действием ударов молекул среды (воздуха). Диффузия является макроскопическим проявлением броуновского движения. Поскольку диффузия, как показано выше, не может объяснить столь быстрое распространение запаха, то и лежащее в её основе броуновское движение не является определяющим фактором.

4) конвекционного переноса воздуха

Конвекция — это перенос вещества потоками газа или жидкости. В любой комнате всегда присутствуют воздушные потоки (сквозняки), вызванные разностью температур, работой вентиляции или движением людей. Вошедшая в класс учительница сама создает движение воздуха. Эти потоки воздуха подхватывают молекулы духов и переносят их по всему помещению гораздо быстрее, чем это происходит при диффузии. Скорость таких потоков может составлять десятки сантиметров в секунду. Например, чтобы запах преодолел 6 метров за 10 секунд, скорость воздушного потока должна быть всего $v = 6 \text{ м} / 10 \text{ с} = 0.6$ м/с, что является вполне реальным значением для помещения. Именно конвекционный перенос является основным механизмом, обеспечивающим быстрое распространение запаха на большие расстояния.

Таким образом, основной вклад в скорость распространения запаха вносит перемешивание воздуха в комнате, то есть конвекция.

Ответ: 4) конвекционного переноса воздуха