МКТ. КВЕСТ: "В поискаъ идеального газа"

Молекулярный квест: в поисках идеального газа

Правила игры

4 этапа по 5 вопросов

На обсуждение — 30 секунд или 60 секунд

За правильный ответ — 1 балл

Побеждает команда с наибольшим числом баллов

30

Этап 1:

Агрегатные состояния

Вопрос 1.

Почему снег не тает в руках мгновенно, хотя температура тела выше 0 °C?

30

Этап 1:

Агрегатные состояния

Вопрос 2.

Как объяснить, что запах духов распространяется по комнате?

30

Этап 1:

Агрегатные состояния

Вопрос 3.

Почему лёд плавает в воде, а не тонет?

30

Этап 1:

Агрегатные состояния

Вопрос 4.

Что происходит с молекулами воды при замерзании?

30

Этап 1:

Агрегатные состояния

Вопрос 5.

Почему газ заполняет весь объём сосуда?

Этап 1: Ответы

Почему снег не тает в руках мгновенно, хотя температура тела выше 0 °C? Ответ:  Для плавления снега требуется время и энергия (скрытая теплота плавления). Тепло от руки передаётся постепенно, поэтому таяние происходит не мгновенно.

Как объяснить, что запах духов распространяется по комнате? Ответ:  Благодаря диффузии — хаотическому движению молекул газа, которые переносят ароматические вещества от места испарения по всему объёму помещения.

Почему лёд плавает в воде, а не тонет? Ответ:  Лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода (из‑за особой структуры кристаллической решётки с «пустотами»), поэтому выталкивающая сила превышает силу тяжести.

Что происходит с молекулами воды при замерзании? Ответ:  Молекулы выстраиваются в упорядоченную кристаллическую структуру (лёд), расстояние между ними увеличивается, а движение становится колебательным около фиксированных положений.

Почему газ заполняет весь объём сосуда?

Ответ:  Молекулы газа движутся хаотично с большими скоростями и практически не взаимодействуют друг с другом, поэтому равномерно распределяются по всему доступному объёму.

Этап 2: Молекулы в движении (логические задачи)

Вопрос 1.  

Если нагреть воздушный шарик, почему он увеличивается в объёме?

30

Этап 2: Молекулы в движении (логические задачи)

Вопрос 2.  

Почему запах горячей пиццы чувствуется дальше, чем холодной?

30

Этап 2: Молекулы в движении (логические задачи)

Вопрос 3.  

Что произойдёт с давлением в закрытом баллоне, если его охладить?

30

Этап 2: Молекулы в движении (логические задачи)

Вопрос 4.  

Почему капли воды на стекле «танцуют» при нагревании?

30

Этап 2: Молекулы в движении (логические задачи)

Вопрос 5.  

Как изменится скорость молекул газа, если температуру увеличить вдвое?

30

Этап 2: Молекулы в движении. Ответы

Если нагреть воздушный шарик, почему он увеличивается в объёме? Ответ:  При нагревании возрастает средняя кинетическая энергия молекул газа, они чаще и сильнее ударяются о стенки шарика, увеличивая давление. Если шарик эластичный, он расширяется до нового равновесия давлений.

Почему запах горячей пиццы чувствуется дальше, чем холодной? Ответ:  При повышенной температуре молекулы ароматических веществ движутся быстрее (увеличивается скорость диффузии), поэтому запах распространяется на большее расстояние за то же время.

Что произойдёт с давлением в закрытом баллоне, если его охладить? Ответ:  Давление уменьшится, так как при понижении температуры снижается средняя кинетическая энергия молекул, и они реже и слабее ударяются о стенки сосуда.

Почему капли воды на стекле «танцуют» при нагревании? Ответ:  Из‑за неравномерного нагрева возникает конвекция: тёплые потоки воздуха поднимают капли, а охлаждение внизу опускает их, создавая хаотичное движение. Также играет роль испарение с нижней поверхности капли.

Как изменится скорость молекул газа, если температуру увеличить вдвое? Ответ:  Средняя квадратичная скорость молекул увеличится в 2​ раз (≈ 1,41 раза).

Этап 3: Уравнения МКТ

(простые расчёты без калькулятора)

60

Вопрос 1.

Если  p =100 кПа,  V =2 л,  T =300 К, чему равно  nR ? ( pV = nRT )

Этап 3: Уравнения МКТ

(простые расчёты без калькулятора)

60

Вопрос 2.

Во сколько раз увеличится давление, если температуру удвоить при постоянном объёме?

Этап 3: Уравнения МКТ

(простые расчёты без калькулятора)

60

Вопрос 3.

Как изменится объём газа, если давление уменьшить в 3 раза при постоянной температуре?

Этап 3: Уравнения МКТ

(простые расчёты без калькулятора)

60

Вопрос 4.

Чему равно  T , если  p =200 кПа,  V =1 л,  nR =8,31?

( pV = nRT )

Этап 3: Уравнения МКТ

(простые расчёты без калькулятора)

60

Вопрос 5.

Если  V  утроить, а  T  оставить прежним, как изменится  p ? ( pV = nRT )

Этап 3: Уравнения МКТ. Ответы

Если  p =100 кПа,  V =2 л,  T =300 К, чему равно  nR ? Ответ:

pV = nRT ⇒ nR = TpV ​=300 К100⋅103 Па⋅2⋅10−3 м3​=300200​=32​ Дж/К.

Во сколько раз увеличится давление, если температуру удвоить при постоянном объёме? Ответ:  В 2 раза (по закону Шарля:  p ∝ T  при  V =const).

Как изменится объём газа, если давление уменьшить в 3 раза при постоянной температуре? Ответ:  Объём увеличится в 3 раза (по закону Бойля–Мариотта:  pV =const при  T =const).

Чему равно  T , если  p =200 кПа,  V =1 л,  nR =8,31? Ответ:

T = nRpV ​=8,31 Дж/К200⋅103 Па⋅1⋅10−3 м3​≈8,31200​≈24,07 К.

Если  V  утроить, а  T  оставить прежним, как изменится  p ? Ответ:  Давление уменьшится в 3 раза (по закону Бойля–Мариотта:  p ∝ V 1​ при  T =const).

60

Этап 4: Новогодний эксперимент

Вопрос 1.

Почему шампанское в морозилке может взорваться?

60

Этап 4: Новогодний эксперимент

Вопрос 2.

Как объяснить образование инея на ёлочных игрушках?

60

Этап 4: Новогодний эксперимент

Вопрос 3.

Почему горячий чай остывает быстрее, если на него дуть?

60

Этап 4: Новогодний эксперимент

Вопрос 4.

Что произойдёт с воздушным шариком, если вынести его на мороз?

60

Этап 4: Новогодний эксперимент

Вопрос 5.

Почему пар от дыхания виден на холоде?

Этап 4: Новогодний эксперимент. Ответы

Как объяснить образование инея на ёлочных игрушках? Ответ:  Водяной пар из воздуха конденсируется и кристаллизуется на холодной поверхности игрушек (десублимация), образуя ледяные кристаллы инея.

Что произойдёт с воздушным шариком, если вынести его на мороз? Ответ:  Объём шарика уменьшится (по закону Гей-Люссака:  V ∝ T  при  p =const), так как при охлаждении снижается кинетическая энергия молекул и давление внутри.

Почему пар от дыхания виден на холоде? Ответ:  Тёплый влажный воздух из лёгких быстро охлаждается, водяной пар конденсируется в микрокапли, образуя видимый «туман».

Рефлексия