Κεφάλαιο 8.7 – Ευρύτερη εφαρμογή της κινητικής θεωρίας – Σύνοψη (σελ. 28) – Λύσεις

Κεφάλαιο 8.7 — Ευρύτερη εφαρμογή της κινητικής θεωρίας - Σύνοψη (σελ. 28) — Λύσεις - Απαντήσεις

Άσκηση 1.15 (σελ. 28)

Πώς ερμηνεύεται η ελάττωση της θερμοκρασίας ενός υγρού όταν εξατμίζεται;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Η εξάτμιση αφορά διαφυγή των πιο γρήγορων μορίων από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού· η σχέση \(\frac{1}{2}m\overline{\upsilon^2}=\frac{3}{2}kT\) (που ισχύει ποιοτικά και για τα υγρά) συνδέει τη μέση κινητική ενέργεια των εναπομεινάντων μορίων με τη θερμοκρασία.

Λύση:

1. Μόνο τα μόρια με αρκετά μεγάλη κινητική ενέργεια (μεγάλη ταχύτητα) μπορούν να ξεπεράσουν τις διαμοριακές έλξεις και να διαφύγουν από την ελεύθερη επιφάνεια του υγρού κατά την εξάτμιση.
2. Αφού τα πιο γρήγορα (πιο ενεργειακά) μόρια είναι αυτά που φεύγουν, τα μόρια που απομένουν στο υγρό έχουν, κατά μέσο όρο, μικρότερη κινητική ενέργεια από πριν.
3. Από τη σχέση \(\frac{1}{2}m\overline{\upsilon^2}=\frac{3}{2}kT\), μικρότερη μέση κινητική ενέργεια των εναπομεινάντων μορίων σημαίνει μικρότερη θερμοκρασία — άρα το υγρό ψύχεται.

Απάντηση: Η εξάτμιση αφαιρεί προτιμητικά τα πιο γρήγορα μόρια του υγρού· τα μόρια που απομένουν έχουν μικρότερη μέση κινητική ενέργεια, άρα (μέσω της σχέσης θερμοκρασίας-κινητικής ενέργειας) το υγρό ψύχεται.

Πρόσεξε:

• Το φαινόμενο είναι επιλεκτικό ως προς την ταχύτητα: δε φεύγουν τυχαία μόρια, αλλά προτιμητικά τα ταχύτερα — αυτή η επιλεκτικότητα είναι η αιτία της ψύξης.
• Πρακτικό παράδειγμα: κομπρέσες με οινόπνευμα (υγρό που εξατμίζεται εύκολα) χρησιμοποιούνται ακριβώς για αυτή την ψυκτική δράση.