В результате охлаждения идеального газа его давление уменьшилось в 4 раза, а концентрация молекул осталась прежней. Как изменилась при этом средняя кинетическая энергия движения молекул: а) уменьшилась в 16 раз; б) уменьшилась в 2 раза; в) уменьшилась в 4 раза; г) не изменилась? Объясните, почему.

Физика 11 класс Температура и кинетическая энергия идеального газа охлаждение идеального газа давление уменьшилось концентрация молекул средняя кинетическая энергия изменение энергии физика 11 класс молекулы газа кинетическая энергия газа Новый

Чтобы понять, как изменилась средняя кинетическая энергия молекул идеального газа, давайте вспомним, что средняя кинетическая энергия молекул газа зависит от температуры. Формула для средней кинетической энергии молекул идеального газа выглядит следующим образом:

E = (3/2)kT

где E - средняя кинетическая энергия молекул, k - постоянная Больцмана, T - температура в кельвинах.

Теперь рассмотрим условия задачи. Мы знаем, что:

• Давление газа уменьшилось в 4 раза.
• Концентрация молекул осталась прежней.

Согласно уравнению состояния идеального газа:

P * V = n * R * T

где P - давление, V - объем, n - количество вещества, R - универсальная газовая постоянная, T - температура.

Если давление уменьшилось в 4 раза, то можно записать:

P' = P / 4

При этом концентрация молекул (n/V) не изменилась, значит, количество вещества (n) и объем (V) остаются постоянными. Это означает, что изменение давления связано с изменением температуры:

P' = (n * R * T') / V

Подставим новое давление:

P / 4 = (n * R * T') / V

Теперь, если мы выразим T' (новую температуру), то получим:

T' = (P * V) / (4 * n * R)

Сравним это с первоначальной температурой T:

T = (P * V) / (n * R)

Теперь видим, что:

T' = T / 4

Это означает, что новая температура газа уменьшилась в 4 раза. Теперь, подставляя это значение в формулу для средней кинетической энергии, мы получаем:

E' = (3/2)kT' = (3/2)k(T/4) = (3/8)kT

Таким образом, средняя кинетическая энергия уменьшилась в 4 раза.

Ответ: в) уменьшилась в 4 раза.