ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 43.4: Распределение молекул газа по скоростям
Физика; углубленное обучение — Касьянов В.А.
Юлия Громова, методист по физике Шпаргача обновлено 12 сентября 2026
Условие
Почему термодинамическая температура не может быть отрицательной?
Номер как в учебнике. Условие — полный пересказ редакции: те же пункты, числа и факты, не цитата из книги.
Пошаговое решение
В этом вопросе мы разберём физический смысл термодинамической температуры и почему в классической статистической механике она не может принимать отрицательные значения. Ответ кроется в связи между температурой и средней кинетической энергией молекул.
Шаг 1. Связь температуры с движением молекул
Согласно молекулярно-кинетической теории, температура идеального газа является мерой средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. Для одноатомного идеального газа эта связь записывается формулой:
⟨Ek⟩=3/2kTгде ⟨Ek⟩ — средняя кинетическая энергия одной молекулы, k — постоянная Больцмана (k>0), а T — абсолютная (термодинамическая) температура.
Шаг 2. Анализ знаков физических величин
Рассмотрим свойства входящих в формулу величин:
- Кинетическая энергия . Кинетическая энергия тела определяется как Ek=mv2/2. Поскольку масса m всегда положительна, а квадрат скорости v2 неотрицателен (v2≥0), то кинетическая энергия не может быть отрицательной: ⟨Ek⟩≥0.
- Постоянная Больцмана . Это фундаментальная константа, значение которой строго положительно: k≈1,38·10-23 Дж/К.
Если бы температура T была отрицательной (T<0), то правая часть уравнения 3/2kT стала бы отрицательной числом. Однако левая часть (⟨Ek⟩) не может быть меньше нуля. Возникает математическое и физическое противоречие.
Шаг 3. Физический смысл нулевой температуры
Минимально возможное значение средней кинетической энергии равно нулю. Это соответствует состоянию, когда тепловое движение молекул прекращается (в классическом понимании). Подставив 3/2kT=0, получаем:
T=0 КЭто значение называется абсолютным нулем. Согласно третьему закону термодинамики, достичь абсолютного нуля невозможно конечным числом операций, но теоретически это нижняя граница шкалы температур. Значения ниже нуля для термодинамической температуры в системе СИ не имеют физического смысла для систем с непрерывным спектром энергий (как газы).
Шаг 4. Проверка и вывод
Проверим логику на примере. Если мы нагреваем газ, скорость молекул растет, ⟨Ek⟩ увеличивается, значит, и T увеличивается. Если мы охлаждаем газ, ⟨Ek⟩ уменьшается, T стремится к нулю. Дальнейшее уменьшение T потребовало бы отрицательной кинетической энергии, что невозможно, так как вектор скорости не может иметь «отрицательную длину» в смысле квадрата модуля.
Таким образом, термодинамическая температура не может быть отрицательной, потому что она прямо пропорциональна средней кинетической энергии хаотического движения частиц, которая по определению неотрицательна.
Термодинамическая температура не может быть отрицательной, так как она пропорциональна средней кинетической энергии молекул (⟨Ek⟩=3/2kT). Кинетическая энергия не может быть меньше нуля, поэтому минимальное значение температуры — абсолютный ноль (0 К).
Важно различать термодинамическую температуру и другие виды температурных шкал или специфические состояния (например, отрицательные температуры в системах с ограниченным сверху спектром энергий, таких как спиновые системы в магнитном поле). В контексте школьного курса физики и газов речь идет именно о кинетической температуре, где отрицательные значения невозможны.
Как решение?
Двойная оценка: понятность и подробность. Можно выбрать одно или оба.
У вас другое условие?
Загрузите фото — учтём ваши числа и редакцию.
Частые вопросы
Это точный номер 43.4 из моего учебника?
Номер совпадает с учебником «Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Формулировка — пересказ редакции, не дословная цитата. Если в вашей редакции другие числа — загрузите фото.
Какой ответ в задании 43.4?
Краткий ответ: Термодинамическая температура не может быть отрицательной, так как она пропорциональна средней кинетической энергии молекул ( E_k = 32kT). Кинетическая энергия не может быть меньше нуля, поэтому минимальное значение температуры — абсолютный ноль (0 К).
Как пользоваться этим разбором?
Сначала прочитайте условие и чертёж, затем шаги решения по порядку и сверьте свой ход с кратким ответом внизу.
Какой учебник имеется в виду?
«Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Проверьте часть, год и автора на обложке. Тема в учебнике: § 42. Распределение молекул газа по скоростям.
Можно ли списать ответ без решения?
Лучше сначала решить самостоятельно, а разбор использовать для проверки хода и поиска ошибки.