МКТ — Задание 10 ЕГЭ по физике №00047346

Пузырёк воздуха всплывает со дна водоёма. Водоём прогрет равномерно — вода на любой глубине одной и той же температуры, а пузырёк поднимается медленно и успевает принимать температуру окружающей воды.

Давление воздуха в пузырьке. Пузырёк поднимается медленно, поэтому в каждый момент воздух в нём уравновешен водой вокруг: давление воздуха в пузырьке равно давлению воды на той глубине, где он сейчас. Давление воды на глубине $h$ складывается из атмосферного давления на поверхности и давления столба воды над пузырьком:

$$p=p_{\text{атм}}+\rho gh$$

При подъёме глубина $h$ уменьшается, столб воды над пузырьком становится ниже — давление уменьшается. У самой поверхности оно станет просто атмосферным.

Средняя кинетическая энергия молекул. Она пропорциональна абсолютной температуре газа (для поступательного движения $E=\dfrac{3}{2}kT$). Температура воды везде одинакова, а медленно поднимающийся пузырёк всё время имеет температуру окружающей воды. Значит, температура воздуха в пузырьке не меняется, и средняя кинетическая энергия его молекул не изменяется.

Проверим себя: при постоянной температуре и падающем давлении по закону Бойля–Мариотта объём пузырька должен расти — и правда, пузырьки, поднимаясь к поверхности, заметно раздуваются.

Итог: давление — уменьшается, средняя кинетическая энергия — не изменяется.