Номер 4, страница 59, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 2. Строение вещества. Параграф 14. Броуновское движение. Диффузия. Вопросы и задания - номер 4, страница 59.

Условие.

4. Что происходит с молекулами при нагревании тела? Можно ли нагреть одну молекулу?

Решение.

Что происходит с молекулами при нагревании тела?

Нагревание тела представляет собой процесс увеличения его внутренней энергии. Внутренняя энергия вещества складывается из кинетической энергии хаотического движения его частиц (молекул, атомов) и потенциальной энергии их взаимодействия. Когда тело нагревается, оно получает энергию извне, и эта энергия в первую очередь увеличивает кинетическую энергию его молекул.

Поскольку кинетическая энергия частицы связана с её скоростью формулой $E_k = \frac{mv^2}{2}$, увеличение кинетической энергии означает, что молекулы начинают двигаться быстрее. Их движение становится более интенсивным и хаотичным. В твёрдых телах атомы колеблются с большей амплитудой около своих положений в кристаллической решётке. В жидкостях и газах молекулы движутся с большей скоростью, чаще и с большей силой сталкиваясь друг с другом и со стенками сосуда.

Температура является макроскопической величиной, которая служит мерой средней кинетической энергии молекул тела. Связь между средней кинетической энергией $\bar{E_k}$ и абсолютной температурой $\text{T}$ выражается формулой $\bar{E_k} = \frac{3}{2}kT$, где $\text{k}$ — постоянная Больцмана. Таким образом, при нагревании тела увеличивается скорость движения его молекул, что мы и наблюдаем как повышение температуры.

Ответ: При нагревании тела увеличивается скорость хаотического движения его молекул, что приводит к увеличению внутренней энергии и температуры тела.

Можно ли нагреть одну молекулу?

Понятия «нагревание» и «температура» являются термодинамическими и характеризуют состояние системы, состоящей из огромного числа частиц (молекул), а не одной отдельной частицы. Температура по определению является мерой средней кинетической энергии движения всех молекул в теле.

Одной, отдельно взятой молекуле, можно сообщить дополнительную энергию. Например, это можно сделать в результате её столкновения с другой, более быстрой частицей, или за счёт поглощения ею кванта электромагнитного излучения (фотона). В результате кинетическая энергия этой конкретной молекулы (которая включает энергию поступательного, вращательного и колебательного движения) возрастёт.

Однако этот процесс увеличения энергии одной молекулы нельзя назвать «нагреванием» в строгом физическом смысле. У отдельной молекулы есть определённая кинетическая энергия, но у неё нет температуры, так как температура — это статистическая, усреднённая характеристика всего ансамбля частиц. Следовательно, к одной молекуле неприменимо и понятие «нагревание».

Ответ: Нет, одну молекулу нагреть нельзя, так как температура и нагревание — это макроскопические понятия, применимые к совокупности большого числа молекул, а не к одной частице. Можно увеличить кинетическую энергию одной молекулы, но это не будет являться нагреванием.