Номер 4, страница 61 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 4. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа. Параграф 16. Идеальный газ. Вопросы - номер 4, страница 61.

Условие.

4. Средняя кинетическая энергия молекул водорода при комнатной температуре равна $5 \cdot 10^{-21}$ Дж. Можем ли мы утверждать, что каждая из всех молекул водорода имеет такую же энергию? Ответ обоснуйте.

Решение.

Решение

Нет, мы не можем утверждать, что каждая из всех молекул водорода имеет такую же энергию, как средняя кинетическая энергия. Это утверждение неверно, и вот почему.

Согласно молекулярно-кинетической теории, молекулы любого газа, включая водород, находятся в состоянии непрерывного и хаотического (беспорядочного) теплового движения. Они постоянно сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда.

Во время этих столкновений молекулы обмениваются энергией и импульсом. Одна молекула может замедлиться, передав часть своей кинетической энергии другой, которая, в свою очередь, ускорится. Этот процесс происходит постоянно и случайным образом. В результате в любой момент времени в газе есть молекулы, движущиеся с самыми разными скоростями.

Кинетическая энергия отдельной молекулы зависит от квадрата ее скорости ($E_k = \frac{m v^2}{2}$). Поскольку скорости молекул различны, их кинетические энергии также будут различны. Существует определенное статистическое распределение молекул по скоростям (распределение Максвелла), которое показывает, что есть как очень «быстрые» (с высокой энергией), так и очень «медленные» (с низкой энергией) молекулы, а большинство молекул имеют скорости, близкие к некоторому среднему значению.

Таким образом, величина $5 \cdot 10^{-21}$ Дж — это именно среднее значение, характеристика всего ансамбля молекул в целом, которая напрямую связана с температурой газа. Энергия отдельной, конкретной молекулы постоянно меняется и в общем случае не равна этому среднему значению.

Ответ: Нет, утверждать так нельзя. Молекулы газа находятся в хаотическом движении, постоянно сталкиваются и обмениваются энергией. Вследствие этого в любой момент времени у разных молекул разные скорости и, соответственно, разные кинетические энергии. Указанное значение является лишь средним по всему объему газа.