ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 58.1: Броуновское движение

План решения.

Для определения механизма распространения запаха необходимо проанализировать физические процессы, происходящие в воздухе комнаты. Мы рассмотрим каждый из предложенных вариантов и оценим его вклад в перенос молекул духов от источника (учительницы) до наблюдателя (ученика за последней партой).

Вычисление и анализ вариантов.

1. Испарение. Этот процесс отвечает за переход жидкости в газообразное состояние на поверхности флакона или кожи. Он является источником паров, но сам по себе не объясняет их быстрое перемещение через всё помещение.
2. Диффузия. Это самопроизвольное проникновение частиц одного вещества между частицами другого. В газах диффузия происходит, однако её скорость крайне мала. Для помещения размером несколько метров время чистой диффузии составило бы часы или даже дни, а не 10 секунд.
3. Броуновское движение. Это хаотическое тепловое движение микрочастиц, взвешенных в среде. Хотя оно лежит в основе молекулярно-кинетической теории и способствует смешиванию на микроуровне, макроскопический перенос массы на большие расстояния за короткое время им не обеспечивается.
4. Конвекционный перенос воздуха. Конвекция — это перенос вещества потоками жидкости или газа при неравномерном нагревании. Тела людей, отопительные приборы и различия в температуре создают воздушные течения. Именно эти потоки воздуха физически переносят пары духов от учительницы к ученику за 10 секунд.

Проверка результата.

Сравним характерные времена процессов. Если бы запах распространялся только за счёт диффузии, коэффициент диффузии для газов составляет порядка D≈10^-5-10^-4 м²/с. Время прохождения расстояния L≈5 м оценивалось бы как t∼L²/D, что дало бы значения в тысячи секунд. Наблюдаемое время t=10 с соответствует скорости потока воздуха v≈L/t≈0.5 м/с, что типично для естественной конвекции в помещении. Следовательно, основным механизмом является конвекция.