Кто и как доказал, что при нагревании газа его частицы двигаются быстрее?
Вопрос из серии "физика недоразумений".
При нагревании газ расширяется, потому что быстрее двигаются молекулы... Так ли?
Ответы (1):
Не совсем так.
Да, молекулы при нагревании газа движутся быстрее, это было установлено создателями молекулярно-кинетической теории (Клаузиус, Больцман, Максвелл и некоторые другие). Но доказать это экспериментально на том уровне развития техники наблюдений было невозможно. Правота молекулярно-кинетической теории доказывалась тем, что все выводы и следствия из этой теории блестяще подтверждались, раз за разом.
Впервые увидеть, воочию увидеть повышение средней скорости движения молекул с ростом температуры удалось только после того, как была доказана термодинамическая природа броуновского движения.
Ну так собсно к вопросу расширения газа.
Газ расширяется не потому, что его молекулы начинают двигаться быстрее, а потому, что при этом появляется разность давлений между нагреваемым газом и окружающим пространством. Если газ в баллоне, то его нагревание не приведёт к увеличению объёма. Он какой есть - такой и есть. Опять же, если поместить резиновый шарик, надутый газом, под вакуумный колпак и начать откачивать оттуда воздух, то газ в шарике начнёт расширяться даже и без того, чтоб его нагревали (фактически он при этом будет ещё и охлаждаться).
Нагревание газа приводит - да, через рост средней скорости молекул, его составляющих, - к повышению давления газа. Что описывается формулой Больцмана p = nkT. И если это избыточное давление не компенсируется внешним давлением, то естественно приводит к расширению нагреваемого газа.