длина столбика ртути в трубке комнатного термометра увеличилась. увеличилось ли при этом число молекул ртути? изменился ли объем каждой молекулы ртути в термометре?

Короткий ответ

• Нет: число молекул ртути не увеличивается. При нагревании количество молекул остаётся примерно тем же.
• Объем каждой молекулы в буквальном смысле не изменяется (размер самой молекулы не растёт). Но общий объем ртути растёт, поэтому на одну молекулу приходится больше пространства.

Пошаговое решение

1. Что значит, что длина столбика ртути увеличилась?

• В термометре фиксированное поперечное сечение трубки. Если ртуть нагреть, она расширяется и занимает больше объема. Так как площадь поперечного сечения трубки постоянна, увеличение объёма приводит к увеличению длины столбика: V = A · L, где A — площадь поперечного сечения, L — длина столбика.

2. Число молекул при нагревании

• В обычной бытовой задаче мы считаем, что ртуть не испаряется заметно при комнатной температуре. Тогда масса ртути и, следовательно, число молекул N остаются примерно постоянными.
• Следовательно, N не увеличивается вместе с высотой столбика.

3. Объем каждой молекулы

• Размер самой молекулы ртути (объем, занимаемый одной молекулой) не изменяется существенно при нагревании.
• Но если общий объём V ртути растёт, а число молекул остаётся тем же, то V разделить на N становится больше. Это значит, что на одну молекулу приходится больше пространства. То есть «объем, приходящийся на одну молекулу», увеличивается, хотя размер самой молекулы не изменяется.

4. Связь между температурой, плотностью и объёмом

• Плотность ρ ртути уменьшается при нагревании (ρ = масса / объём).
• Так как масса постоянна, объём V = масса / ρ растёт.
• В термометре это приводит к увеличению длины столбика, потому что V = A · L.

Итог

• Число молекул ртути: не увеличивается (при отсутствии заметного испарения).
• Объём каждой молекулы в буквальном смысле: не изменяется.
• Общий объём ртути и объём, приходящийся на одну молекулу, увеличиваются за счёт расширения жидкости.