Номер 2, страница 121 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

XI. Квантовые явления. Работаем с текстом - номер 2, страница 121.

Условие.

2. Ричард Фейнман в своих «Лекциях по физике» писал: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания вдруг оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это атомная гипотеза (можете называть её не гипотезой, а фактом — это ничего не меняет): все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения».

Как вы думаете, какие физические законы и понятия могут быть получены из сформулированной Фейнманом атомной гипотезы?

Решение.

Сформулированная Ричардом Фейнманом атомная гипотеза, несмотря на свою краткость, действительно содержит в себе семена множества фундаментальных физических понятий и законов. Приложив воображение и логику, из нее можно вывести следующие положения:

1. Дискретное строение вещества

Утверждение, что «все тела состоят из атомов — маленьких телец», напрямую вводит понятие о дискретности материи. Это означает, что вещество не является сплошным и непрерывным, а состоит из отдельных частиц. Из этого следует существование пустого пространства между атомами. Эта идея является основополагающей для всей современной физики и химии, объясняя, почему существуют различные химические элементы (разные типы атомов) и как они соединяются в молекулы.

Ответ: Вещество имеет дискретную структуру, то есть состоит из отдельных частиц (атомов), разделенных пустотой.

2. Основы молекулярно-кинетической теории (МКТ) и природа температуры

Фраза «...находятся в беспрерывном движении...» — это ядро молекулярно-кинетической теории. Это хаотичное и непрекращающееся движение частиц является природой тепла. Следовательно, можно ввести понятие температуры как меры средней кинетической энергии этих частиц: $E_k = \frac{3}{2}kT$. Чем быстрее движутся атомы, тем выше температура тела. Давление газа на стенки сосуда можно объяснить как результат многочисленных ударов движущихся атомов. Отсюда можно прийти к основному уравнению МКТ $p = \frac{1}{3} n m_0 \overline{v^2}$ и законам идеального газа.

Ответ: Температура есть мера интенсивности непрерывного хаотичного движения атомов, а давление газа — результат их столкновений с поверхностью.

3. Агрегатные состояния вещества

Сочетание «беспрерывного движения» с «притягиваются на небольшом расстоянии» позволяет объяснить три основных агрегатных состояния вещества. В газах кинетическая энергия движения атомов велика, и они движутся почти свободно, так как силы притяжения слишком слабы. В жидкостях энергия движения меньше, и силы притяжения уже способны удерживать атомы вместе, но позволяют им перемещаться друг относительно друга. В твердых телах движение атомов сводится к колебаниям около фиксированных положений, так как силы притяжения доминируют и создают жесткую структуру (кристаллическую решетку).

Ответ: Различные агрегатные состояния (газ, жидкость, твердое тело) определяются балансом между кинетической энергией движения атомов и силами их взаимного притяжения.

4. Природа сил взаимодействия и упругости

Полное описание сил «...притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому» объясняет стабильность вещества. Силы притяжения ответственны за конденсацию газов в жидкости и существование твердых тел. Силы отталкивания на очень малых расстояниях объясняют, почему вещество несжимаемо и обладает объемом. Это также является микроскопическим объяснением упругости: при попытке сжать или растянуть тело атомы смещаются из положений равновесия, и возникают силы, стремящиеся вернуть их обратно (закон Гука).

Ответ: Существование сил притяжения и отталкивания между атомами объясняет конденсацию, поверхностное натяжение, несжимаемость и упругость материалов.

5. Явления переноса (диффузия, броуновское движение)

Из положения о «беспрерывном движении» напрямую следуют такие явления, как диффузия и броуновское движение. Диффузия — это самопроизвольное перемешивание веществ из-за хаотичного движения их атомов. Броуновское движение — видимое под микроскопом хаотичное движение взвешенных в жидкости или газе частиц — является прямым экспериментальным подтверждением атомной гипотезы, так как оно вызвано неуравновешенными ударами атомов окружающей среды.

Ответ: Непрерывное движение атомов является причиной явлений диффузии (взаимного проникновения веществ) и броуновского движения.

6. Основы термодинамики и закон сохранения энергии

Словосочетание «беспрерывное движение» неявно указывает на закон сохранения энергии. Движение не прекращается само по себе, энергия не исчезает. Теплопередача — это процесс передачи энергии от более быстро движущихся атомов одного тела к более медленным атомам другого при их контакте. Внутренняя энергия тела может быть определена как суммарная энергия движения и взаимодействия всех его атомов. Таким образом, закладываются основы первого начала термодинамики.

Ответ: Гипотеза о «беспрерывном движении» атомов является микроскопическим фундаментом для закона сохранения энергии и понятий внутренней энергии и теплопередачи в термодинамике.