Задание №12 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Проанализируем физические процессы, происходящие с газом в цилиндре при перемещении поршня вверх.

1. Средняя скорость теплового движения молекул газа.
Согласно положениям молекулярно-кинетической теории, средняя кинетическая энергия теплового движения молекул напрямую зависит от абсолютной температуры газа $T$. Формула для средней квадратичной скорости молекул имеет вид: $v = \sqrt{\frac{3kT}{m_0}}$, где $k$ — постоянная Больцмана, $m_0$ — масса молекулы. По условию задачи температура газа поддерживается постоянной ($T = \text{const}$). Следовательно, средняя скорость теплового движения молекул не изменяется. Этому соответствует вариант 3.

2. Давление газа.
По условию поршень перемещают вверх, что приводит к увеличению объёма $V$, занимаемого газом под поршнем. Так как поршень герметичен, масса газа $m$ и количество вещества остаются неизменными. При постоянной температуре ($T = \text{const}$) для данной массы газа справедлив закон Бойля-Мариотта: $P \cdot V = \text{const}$. Из этой формулы следует, что давление $P$ обратно пропорционально объёму $V$. При увеличении объёма давление газа уменьшается.
С точки зрения МКТ это объясняется тем, что при увеличении объёма концентрация молекул $n = \frac{N}{V}$ уменьшается, молекулы реже ударяются о стенки сосуда и поршень, что и приводит к падению давления. Этому соответствует вариант 2.

Таким образом, давление газа уменьшается (2), а средняя скорость теплового движения молекул не изменяется (3).

Ответ: 23

Источник: ФИПИ