Номер 4, страница 7 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

4. Как связана температура тела со скоростью движения его молекул? Какие явления это доказывают?

Каковы её единицы измерения?

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения термодинамической температуры является кельвин (К). Также в повседневной жизни и многих научных областях широко используется шкала Цельсия, единица измерения в которой — градус Цельсия (°C). Связь между этими шкалами выражается формулой:

$T(К) = t(°C) + 273.15$

где $T$ — абсолютная температура в кельвинах, а $t$ — температура в градусах Цельсия. Абсолютный ноль температуры ($0$ К) соответствует $-273.15$ °C.

Ответ: Основной единицей измерения температуры в СИ является кельвин (К). Также широко используется градус Цельсия (°C).

Как связана температура тела со скоростью движения его молекул? Какие явления это доказывают?

Температура тела напрямую связана со скоростью хаотического движения его молекул (или атомов). С точки зрения молекулярно-кинетической теории, температура является мерой средней кинетической энергии теплового движения частиц, из которых состоит тело.

Для идеального газа средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул определяется формулой:

$\bar{E_k} = \frac{3}{2}kT$

где $\bar{E_k}$ — средняя кинетическая энергия, $k$ — постоянная Больцмана ($k \approx 1.38 \times 10^{-23}$ Дж/К), а $T$ — абсолютная температура в кельвинах.

Поскольку кинетическая энергия одной молекулы массой $m_0$ связана с квадратом её скорости $v$ ($E_k = \frac{m_0 v^2}{2}$), то из формулы выше следует, что средний квадрат скорости молекул прямо пропорционален абсолютной температуре: $\overline{v^2} \propto T$.

Таким образом, устанавливается прямая зависимость: чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул и, следовательно, тем выше средняя скорость их беспорядочного движения.

Эту фундаментальную связь доказывают следующие физические явления:

1. Диффузия. Это процесс самопроизвольного взаимного проникновения молекул одного вещества в другое. Скорость диффузии значительно возрастает с повышением температуры. Например, краситель или сахар растворяются в горячей воде намного быстрее, чем в холодной. Это объясняется тем, что молекулы горячей воды движутся с большей скоростью, чаще и с большей силой сталкиваются с частицами другого вещества, способствуя их быстрому распределению по всему объему.

2. Броуновское движение. Это хаотическое движение микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе (например, пыльцы в воде). Движение вызвано неуравновешенными ударами молекул окружающей среды по частице. При нагревании жидкости или газа броуновское движение становится более интенсивным, что наглядно демонстрирует увеличение скорости движения невидимых молекул среды.

3. Давление газа. Давление газа на стенки сосуда создается ударами его молекул. Согласно закону Шарля, при постоянном объеме давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре. При нагревании газа его молекулы начинают двигаться быстрее, что приводит к более частым и более сильным ударам о стенки сосуда, и, как следствие, к увеличению давления.

4. Тепловое расширение. Большинство тел при нагревании увеличиваются в объеме. Это происходит потому, что с ростом температуры увеличивается энергия и, как следствие, скорость и амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки (в твердых телах) или среднее расстояние между молекулами (в жидкостях и газах). Это приводит к увеличению средних межатомных расстояний и, соответственно, к увеличению размеров тела.

Ответ: Температура тела является мерой средней кинетической энергии хаотического движения его молекул. Чем выше температура, тем больше средняя скорость движения молекул. Это подтверждается такими экспериментально наблюдаемыми явлениями, как увеличение скорости диффузии, усиление броуновского движения, рост давления газа и тепловое расширение тел при их нагревании.