ID: 00007691
Детский тёмно-зелёный воздушный шарик надули на солнечном пляже, а затем внесли в тень под деревом. Как начали при этом изменяться объём воздуха в шарике и средняя кинетическая энергия молекул в шарике? Оболочка шарика тонкая, упругая и мягкая.
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: ФИПИ
В тени температура окружающего воздуха ниже, чем на солнечном пляже, поэтому газ в шарике охлаждается: температура $T$ уменьшается. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа связана с температурой:
$$\langle E_k \rangle = \frac{3}{2} k T$$
При уменьшении $T$ средняя кинетическая энергия молекул уменьшается. Молекулы движутся медленнее, число ударов о стенку и их интенсивность снижаются, давление газа внутри шарика падает ниже атмосферного. Поскольку оболочка упругая и тонкая, атмосферное давление пересиливает внутреннее давление газа — шарик сжимается до тех пор, пока не установится равновесие: давление газа снова сравняется с атмосферным, но при меньшем объёме. Процесс изобарный (давление постоянно и равно атмосферному). По закону Гей-Люссака:
$$\frac{V}{T} = \text{const}$$
При уменьшении $T$ объём $V$ уменьшается. Вывод: и объём воздуха в шарике, и средняя кинетическая энергия молекул уменьшаются.