Ruch cząstek - zadania

Zad. 1 Dlaczego po ogrzaniu wzrasta objętość ciała stałego?

Odp. Po ogrzaniu rosną średnie odległości między cząsteczkami. Jest tak dlatego, że wraz ze wzrostem temperatury, wzrasta również wielkość wychylenia drgań cząsteczek.

Zad. 2 Im wyższa temperatura tym szybszy jest ruch cząsteczek danej substancji. Podaj zjawiska, które potwierdzają to stwierdzenie.

Odp. Im wyższa temperatura, tym szybciej zapachy rozchodzą się w powietrzu, szybciej rozpuszczają się substancje w rozpuszczalniku i szybciej przebiega proces dyfuzji np. zabarwienie wody.

Zad. 3 Gazy rozszerzają się na skutek ogrzewania. Opierając się na cząsteczkowej budowie gazu, wyjaśnij to zjawisko.

Odp. Kiedy temperatura gazu wzrasta rośnie również średnia prędkość ruchu jego cząsteczek. Jest to bezpośrednia przyczyna wzrostu siły oddziaływań cząsteczek na siebie podczas zderzeń, co powoduje wzrost objętości gazu.

Zad. 4 Z jakiego powodu ciecze parują szybciej, gdy zostaną ogrzane do wyższej temperatury?

Odp. Ciecze parują szybciej ponieważ w wyższej temperaturze zwiększa się energia wewnętrzna cząsteczek, a co za tym idzie szybciej się przemieszczają.

Zad. 5 Jaka jest różnica między ruchem cząsteczek wody od ruchu cząsteczek pary wodnej i ruchu cząsteczek lodu?

Odp. Cząsteczki wody i pary poruszają się w sposób chaotyczny i postępowy. Średnia prędkość ruchu cząsteczek lodu jest mniejsza niż pary. Ruch cząsteczek lodu ma również charakter drgający.

Zad. 6 Dwa różne naczynia napełniono taką samą ilością wody. Jedno z nich jest niskie i szerokie, a drugie wysokie i wąskie. Z którego z nich szybciej wyparuje ciecz?

Odp. Ciecz wyparuje szybciej z szerszego naczynia, gdyż tworzy ono większą powierzchnię parowania.

Zad. 7 Do pokoju został wniesiony bukiet świeżych, pachnących kwiatów. Zapach poczujemy jednak dopiero po kilku, lub nawet kilkunastu sekundach. Jaką właściwością cząsteczek zapachowych jest spowodowane to opóźnienie?

Odp. Opóźnienie to spowodowane jest obecnością powietrza. Cząsteczki zapachowe poruszają się bardzo szybko, ale ze względu na zderzenia z cząsteczkami powietrza ich droga do człowieka się wydłuża.

Zad. 8 Szczelny zbiornik napełniono gazem, a następnie rozrzedzono jego zawartość poprzez częściowe odpompowanie. W jaki sposób zmieni się średnia długość drogi swobodnego ruchu cząsteczek gazu w zbiorniku?

Odp. Średnia długość drogi swobodnego ruchu cząsteczek gazu w zbiorniku się zwiększy.

Zad. 9 W którym rodzaju substancji – gazach czy cieczach - średnia droga swobodna cząsteczek jest większa?

Odp. Średnia droga swobodna cząsteczek większa jest w gazach.

Zad. 10 Z jakiego powodu dyfuzja w cieczach zachodzi wolniej niż w gazach?

Odp. Dyfuzja zachodzi w cieczach wolniej dlatego, że w gazach są większe odległości międzycząsteczkowe niż w cieczach, a ich cząsteczki mają większą średnią prędkość.

Zad. 11 Podczas obróbki solonej ryby, często stosuje się technikę zanurzenia w wodzie, aby „odciągnęła” ona sól. Jakie zjawiska zachodzą podczas tego procesu?

Odp. Są to zjawiska dyfuzji oraz rozpuszczenia.

Zad. 12 Prędkość cząsteczek gazu w temperaturze pokojowej jest większa niż prędkość samolotu naddźwiękowego, gdyż wynosi 1200 m/s. W korytarzu o długości 10 m rozpylono perfumy, a cząsteczki poruszają się prostoliniowo wzdłuż niego. Ile czasu teoretycznie potrzeba, aby osoba stojąca na przeciwległym końcu korytarza poczuła ich zapach? Co powoduje, że w praktyce czas ten znacząco się wydłuża?

Odp. Teoretycznie czas ten powinien wynieść 0,008s. Opóźnienie wynika z faktu, że tor ruchu cząsteczki jest linią łamaną – zygzakowatą.

Zad. 13 Po zalaniu wrzątkiem kawy wsypujemy do niej cukier, a następnie mieszamy łyżeczką. Z jakiego powodu, zamiast poczekać na samodzielne rozpuszczenie cukru i jego rozejście się w kawie dzięki dyfuzji, decydujemy się na mieszanie napoju?

Odp. Mieszanie substancji przyspiesza proces dyfuzji.

Zad. 14 Z jakiego powodu w zimnej wodzie cukier u sól rozpuszczają się wolniej niż w gorącej?

Odp. Za wolniejsze rozpuszczanie się substancji w zimnej wodzie, odpowiada wolniejszy ruch cząstek w niższej temperaturze, który powoduje również spowolnienie dyfuzji.

Zad. 15 Z jakiego powodu zasolenie mięsa podczas gotowania następuje już po kilkunastu minutach, a w przypadku zimnej wody trwa nawet kilka dni?

Odp. Im wyższa temperatura tym większa średnia prędkość ruchu cząsteczek soli. Wzrost temperatury sprzyja szybkości zasolenia mięsa.

Zad. 16 Dwie szklanki napełniono wodą, po czym wrzucono do nich dwa jednakowe kawałki ciała stałego, które spowodowało zabarwienie wody. W tym samym czasie w jednej ze szklanek nastąpiło zabarwienie znacznie większej części wody. W której ze szklanek panowała wyższa temperatura?

Odp. Wyższa temperatura panowała w szklance, w której doszło do szybszego zabarwienia wody.

Zad. 17 Dane są dwie płytki – ołowiana i złota. Zostały one silnie ściśnięte i pozostawione w takim stanie przez kilka lat. Po tym czasie stwierdzono, że w ołowianej płytce znalazły się cząsteczki złota, a w złotej cząsteczki ołowiu. Jakie zjawisko wywołało takie zachowanie cząstek i dlaczego tak długo to trwało?

Odp. Doszło tutaj do zjawiska dyfuzji. Jest ona możliwa również w ciałach stałych, zachodzi jednak bardzo wolno. Cząsteczki ciał stałych są mocno związane, z tego powodu proces dyfuzji trwa tak długo.

Zad. 18 Do nieruchomej wody w szklanym naczyniu wpuszczono kroplę atramentu. Po pewnym czasie cała woda została zabarwiona. Jakie zjawisko spowodowało zabarwienie się cieczy? Wskaż, kiedy woda zabarwi się szybciej – gdy będzie ciepła, czy zimna?

Odp. Doszło tutaj do zjawiska dyfuzji. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie szybkość z jaką zachodzi dyfuzja.

Zad. 19 W naturalnych zbiornikach wodnych znajduje się rozpuszczone powietrze z atmosfery. Dzięki jego obecności mogą oddychać m.in. ryby. Nazwij zjawisko fizyczne, które powoduje rozchodzenie się powietrza w całej objętości wody w zbiorniku.

Odp. Doszło tutaj do zjawiska dyfuzji powietrza atmosferycznego w wodzie.

Zad. 20 Pewna objętość tlenu przepłynęła swobodnie do pomieszczenia. Cząsteczka tlenu może, w ciągu sekundy, przebyć średnio drogę równą około 425 metrów. Oznacza, to że prędkość cząsteczek tlenu wynosi w przybliżeniu 425 m/s. Czy wszystkie cząsteczki danej objętości tlenu poruszają się z tą samą prędkością?

Odp. Prędkość cząsteczek tlenu jest zróżnicowana. Niewielki procent cząsteczek będzie miał w danej chwili prędkość zbliżoną do 425 m/s. W przybliżeniu połowa z nich porusza się z prędkością mniejszą niż 425 m/s, a druga połowa z większą.

Zad. 21 Blachy i pręty metalowe trwale można łączyć za pomocą zgrzewania. To proces w którym dwa kawałki metalu silnie się ściska i jednocześnie przepuszcza prąd elektryczny, aby w miejscu połączenia metal mocno się rozgrzał, ale nie stopił. Wskaż, jakie zjawiska powodują trwałe połączenie metali, wiedząc, że zachodzą one przy silnym rozgrzaniu styku metali.

Odp. Zachodzi tutaj zjawisko dyfuzji. Wysoka temperatura przyspiesza proces przenikania się cząsteczek obu zgrzewanych kawałków metali.

Zad. 22 Szklane elementy można łączyć ze sobą poprzez ogrzanie ich końców w płomieniu palnika, natomiast nie jest możliwe ich połączenie bez wcześniejszego ogrzania. Jakie zjawiska fizyczne zachodzą podczas takiego połączenia? Dlaczego nie można go dokonać bez ogrzewania?

Odp. Gdy ogrzejemy i stopimy szkło na końcach elementu możliwe staje się wnikanie cząsteczek szkła między siebie. Wywołuje to zadziałanie dużych sił spójności, kiedy szkło skrzepnie.

Zad. 23 Wyjaśnij różnice między wodą i parą wodną oraz wodą i lodem. Odpowiedz w kontekście cząsteczkowej budowy substancji.

Odp. Cząsteczki wody mogą poruszać się swobodnie, ale cząsteczki pary wodnej mają większą od nich drogę swobodną. Cząsteczki lodu mogą jedynie drgać wokół pewnego położenia równowagi.

Zad. 24 Niezależenie od stanu skupienia cząsteczki substancji są w nieustannym ruchu. Z jakiego powodu kawałek ciała stałego nie rozpada się więc na oddzielne cząsteczki? Co powoduje, że trzymają się one razem?

Odp. Cząsteczki poruszają się bez przerwy również w ciele stałym, jednakże średnie siły przyciągania i odpychania cząsteczek są sobie równe. Gdy wskutek ruchu jedna z cząstek oddali się od drugiej siła przyciągania stanie się większa od siły odpychania. Sprawi to, że cząsteczka szybko wróci do pierwotnego położenia i ciało utrzyma swoją integralność.

Zad. 25 W ciałach stałych cząsteczki przybliżają się i oddalają na przemian. W celu zachowania równowagi, podczas przypadkowego zbliżenia się cząsteczek, przeważą siły odpychania, czy przyciągania?

Odp. Aby zachować integralność ciała, w wypadku przypadkowego zbliżenia przeważą siły odpychania, co spowoduje oddalenie się cząsteczek od siebie.

Zad. 26 Czym są ruchy Browna?

Odp. Ruchy Browna to zjawisko chaotycznych ruchów widzialnej cząstki, które są spowodowane uderzeniami cząsteczek ośrodka.

Zad. 27 Materia składa się m.in. z cząsteczek i atomów. Więcej jest różnych rodzajów cząsteczek, czy różnych rodzajów atomów? Odpowiedź uzasadnij.

Odp. Atomy stanowią część składową cząsteczki. Istnieje nieskończenie wiele możliwości różnych połączeń atomów w cząstki.

Zad. 28 Gumowy balonik nadmuchano do granic wytrzymałości i pozostawiono na kilka dni z prawidłowo zawiązanym wylotem. Po tym czasie stał się on słabo nadmuchany. Z jakiego powodu tak się stało?

Odp. Jest tak dlatego, że cząsteczki powietrza mają możliwość przenikania między cząsteczkami gumy.