ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 60.4: Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать процесс с точки зрения молекулярно-кинетической теории (МКТ). Закрытый сосуд означает, что объём газа V и количество вещества ν остаются постоянными. Следовательно, концентрация молекул n=N/V не меняется. Нам нужно определить, какой из перечисленных факторов влияет на давление при изменении температуры.

Вычисление и логический вывод:

Основное уравнение МКТ связывает давление газа p со средней кинетической энергией поступательного движения молекул E_k и их концентрацией n формулой: p=2/3nE_k

Так как сосуд закрыт, объём неизменен, значит, концентрация молекул n остаётся постоянной. При нагревании газа его абсолютная температура T повышается. Согласно связи между температурой и средней кинетической энергией (E_k=3/2kT), рост температуры приводит к прямому увеличению средней кинетической энергии молекул.

Рассмотрим другие варианты:

• Концентрация молекул: не меняется, так как объём сосуда постоянен.
• Расстояние между молекулами: в среднем не меняется, так как объём фиксирован.
• Средняя потенциальная энергия: для идеального газа она равна нулю (взаимодействие частиц пренебрежимо мало). Для реальных газов при малых изменениях расстояний вклад этого фактора вторичен по сравнению с кинетическим давлением.

Таким образом, увеличение давления обусловлено тем, что молекулы начинают двигаться быстрее и бьются о стенки сосуда сильнее и чаще за счёт роста их кинетической энергии.

Проверка:

Используем закон Шарля для изохорного процесса: p₁/T₁=p₂/T₂. Если T растёт, то p также растёт пропорционально. Это согласуется с выводом из основного уравнения МКТ, где при постоянном n давление линейно зависит от E_k, а значит, и от температуры. Ответ верен.