Номер 3, страница 9 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 1. Тепловые явления. Самостоятельные работы. СР-6. Способы изменения внутренней энергии тела. Вариант 1 - номер 3, страница 9.

Условие.

3. Объясните на основе молекулярного строения вещества нагревание металлической ложки, опущенной в стакан с горячей водой.

Решение.

Нагревание металлической ложки, опущенной в стакан с горячей водой, происходит за счет процесса теплопередачи, а именно теплопроводности. Это явление можно объяснить на основе молекулярно-кинетической теории строения вещества.

1. Горячая вода состоит из молекул, которые находятся в непрерывном хаотичном движении. Температура вещества является мерой средней кинетической энергии его частиц. Следовательно, молекулы горячей воды обладают большой кинетической энергией, то есть движутся с высокими скоростями.

2. Металлическая ложка, имеющая изначально более низкую температуру, состоит из ионов, расположенных в строгом порядке в узлах кристаллической решетки, и свободных электронов, движущихся между ионами. Ионы в решетке совершают непрерывные колебательные движения около своего положения равновесия.

3. Когда ложку погружают в горячую воду, быстрые молекулы воды начинают сталкиваться с ионами на поверхности металлической ложки. В процессе этих столкновений молекулы воды передают часть своей кинетической энергии ионам металла.

4. Получив дополнительную энергию, ионы в погруженной части ложки начинают колебаться с большей амплитудой и частотой. Эти интенсивно колеблющиеся ионы, в свою очередь, взаимодействуют со своими соседями в кристаллической решетке и передают им энергию. Так энергия колебательного движения распространяется от слоя к слою по всей ложке, от ее горячего конца к холодному.

5. Ключевую роль в высокой теплопроводности металлов играют свободные электроны. Они также получают энергию при столкновениях с быстрыми молекулами воды (через ионы решетки) и, благодаря своей высокой подвижности, быстро перемещаются по всему объему металла. Сталкиваясь с ионами в более холодных частях ложки, электроны передают им свою энергию. Этот "электронный газ" переносит теплоту гораздо эффективнее, чем колебания решетки, что и объясняет, почему металлы нагреваются так быстро.

В результате этих процессов средняя кинетическая энергия частиц (ионов и электронов) во всем объеме ложки увеличивается, что макроскопически проявляется как повышение ее температуры.

Ответ: Нагревание металлической ложки в горячей воде происходит из-за теплопередачи (теплопроводности). Быстро движущиеся молекулы горячей воды сталкиваются с частицами на поверхности ложки, передавая им свою кинетическую энергию. Эта энергия заставляет ионы в кристаллической решетке ложки колебаться интенсивнее. Далее энергия передается по всей ложке от частицы к частице за счет их взаимодействия, а также посредством хаотического движения свободных электронов, которые очень эффективно переносят энергию по всему объему металла. В результате средняя кинетическая энергия частиц ложки увеличивается, и ее температура растет.