Решение школьной задачи с подробными объяснениями

Ниже представлены ответы на вопросы и решения задач из учебника, оформленные для удобного переписывания в тетрадь. Ответы на вопросы: 1. Связь между температурой и кинетической энергией предполагается на основании того, что при нагревании тел скорость хаотического движения их молекул увеличивается, что ведет к росту интенсивности тепловых процессов. 2. В состоянии теплового равновесия давление \( p \), объем \( V \) и число молекул \( N \) связаны основным уравнением состояния идеального газа. Из формулы \( p = nkT \) следует, что при одинаковых \( p \) и \( T \) концентрация \( n = \frac{N}{V} \) одинакова для всех газов. 3. Абсолютный нуль температуры по шкале Цельсия равен \( -273,15 \text{ °C} \) (в школьном курсе часто округляют до \( -273 \text{ °C} \)). 4. Преимущество абсолютной шкалы (шкалы Кельвина) в том, что она не зависит от свойств конкретного термометрического вещества и упрощает физические формулы, так как температура в ней прямо пропорциональна средней кинетической энергии молекул. 5. Постоянная Больцмана \( k \) связывает температуру в энергетических единицах с температурой в кельвинах. Ее физический смысл — это коэффициент пропорциональности между температурой и энергией. Теоретически ее рассчитать нельзя, она определяется экспериментально. 6. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа прямо пропорциональна абсолютной температуре: \( \bar{E}_k = \frac{3}{2}kT \). 7. Из формулы \( p = nkT \) выразим концентрацию: \( n = \frac{p}{kT} \). Если давление \( p \) и температура \( T \) одинаковы, то и концентрация \( n \) будет одинаковой для любых газов. 8. Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул \( \bar{E}_k \) зависит только от температуры и не зависит от массы молекул конкретного газа. Решение задач: Задача 1. Дано: \( t = 2 \text{ °C} \) Найти: \( T \) — ? Решение: Связь между шкалами Цельсия и Кельвина: \[ T = t + 273 \] \[ T = 2 + 273 = 275 \text{ К} \] Ответ: 3) 275 К. Задача 2. По рисунку шкалы термометра определим температуру в градусах Цельсия. Столбик жидкости находится на отметке \( 22 \text{ °C} \). Дано: \( t = 22 \text{ °C} \) Найти: \( T \) — ? Решение: \[ T = t + 273 \] \[ T = 22 + 273 = 295 \text{ К} \] Ответ: 3) 295 К. Задача 3. Дано: \( T_2 = 2T_1 \) Найти: \( \frac{\bar{E}_{k2}}{\bar{E}_{k1}} \) — ? Решение: Средняя кинетическая энергия: \( \bar{E}_k = \frac{3}{2}kT \). Следовательно, \( \bar{E}_k \sim T \). Если температура увеличится в 2 раза, то и энергия увеличится в 2 раза. Ответ: 2) увеличится в 2 раза. Задача 4. Дано: \( T_2 = \frac{T_1}{3} \), \( V = \text{const} \), \( N = \text{const} \) Найти: как изменится \( p \) Решение: Используем формулу \( p = nkT \). Так как сосуд закрытый, концентрация \( n = \frac{N}{V} \) не меняется. Значит, давление \( p \) прямо пропорционально температуре \( T \). Если \( T \) уменьшилась в 3 раза, то и \( p \) уменьшится в 3 раза. Ответ: 2) уменьшилось в 3 раза.