Номер 6, страница 18 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

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

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

Решение

Температура тела является физической величиной, характеризующей среднюю кинетическую энергию хаотического (теплового) движения частиц (атомов, молекул, ионов), из которых состоит тело. Связь между температурой и скоростью движения молекул прямая: чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его частиц, и, следовательно, тем выше средняя скорость их движения.

Для идеального газа эта связь выражается строгой математической формулой, связывающей среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул и абсолютную температуру:
$ \bar{E_k} = \frac{3}{2}kT $
где $ \bar{E_k} $ – средняя кинетическая энергия молекул, $ k $ – постоянная Больцмана ($ k \approx 1,38 \cdot 10^{-23} $ Дж/К), а $ T $ – абсолютная температура в кельвинах.

Поскольку кинетическая энергия определяется как $ E_k = \frac{m_0 v^2}{2} $ (где $ m_0 $ – масса молекулы, $ v $ – её скорость), то можно заключить, что абсолютная температура тела прямо пропорциональна среднему квадрату скорости его молекул ($ T \propto \overline{v^2} $). Проще говоря, нагревание тела заставляет его молекулы двигаться быстрее.

Существование этой связи подтверждается рядом физических явлений:

Диффузия. Это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества в другое. Скорость диффузии напрямую зависит от температуры. Например, пакетик чая заваривается в горячей воде гораздо быстрее, чем в холодной. Это объясняется тем, что молекулы горячей воды движутся с большей скоростью, чаще и с большей энергией сталкиваются с частицами чая, что ускоряет их распространение по всему объему.

Броуновское движение. Это хаотичное движение микроскопических частиц, взвешенных в жидкости или газе, которое происходит из-за постоянных ударов молекул окружающей среды. Если наблюдать это явление под микроскопом, можно заметить, что при повышении температуры взвешенные частицы начинают двигаться более интенсивно. Это является прямым доказательством того, что молекулы среды стали двигаться быстрее.

Давление газа. Давление, которое газ оказывает на стенки сосуда, является результатом бесчисленных ударов его молекул о стенки. При увеличении температуры (при неизменном объеме) молекулы газа начинают двигаться с большей скоростью. В результате они сталкиваются со стенками чаще и с большей силой (импульсом), что приводит к увеличению давления.

Ответ: Температура тела — это мера средней кинетической энергии его молекул. Чем выше температура, тем выше средняя скорость теплового движения молекул. Эта связь доказывается такими явлениями, как увеличение скорости диффузии и интенсивности броуновского движения при нагревании, а также зависимость давления газа от температуры.