Естественные науки

Как вращательное движение молекул газа проявляется в температуре газа? Блин, я только что..

только что подумал, что молекулы могут стоять на месте, но за счёт вращения молекул газ может иметь огромную энергию? И почему я не помню, чтобы при расчётах температуры и тепловой энергии газа учитывали это вращение (в школьном курсе физики) ?
Лугаськов Пётр
Лугаськов Пётр
12 928
Если в многоатомный газ закачать энергию и после этого дать газу прийти в тепловое равновесие, то энергия распределится между поступательными и вращательными степенями свободы (и колебательными, если температура достаточная). В равновесном состоянии не будет такой ситуации, что молекулы стоят на месте, но при этом дико вращаются. В тепловом равновесии, в среднем, вращательная энергия будет составлять 2/3 от кинетической - так учит статистическая механика. На каждую степень свободы приходится 1/2 kT энергии. Поступательных степеней свободы 3, так что у них 3/2 kT. Вращательных степеней 2, так что у них 1 kT.

Так что ответ на вопрос "как вращательное движение проявляется в температуре газа" такой: вращательное движение увеличивает теплоемкость газа. У одноатомных газов (у которых нет вращения) теплоемкость при постоянном объёме равна 3/2R. У двухатомных 5/2R.

В школе об этом не говорят, чтобы людей не путать. Для очистки совести уважающие себя составители задач использую выражение "одноатомный газ" - такой, у которого нет вращательных степеней свободы.
Дмитрий Смирнов
Дмитрий Смирнов
2 987
Лучший ответ
Лугаськов Пётр Грамотный ответ !

Ещё проскочила мыслишка на эту тему - а нельзя ли использовать это вращение для какого нибудь накопителя , аккумулятора энергии ? Как думаете ? Я в своё время читал книгу профессора Гулиа о маховиках - накопителях энергии, а тут тебе микромаховики ! Хотя и микро, но их сиксиллионы !
Василий Когут Я просто с вас фигею. Как же, не говорят?!
http://fizika.ayp.ru/
3.10 Теплоемкость идеального газа
В школьном курсе не учитывают.
Людмила Захарова чо-чо, в самом деле уже выкинули?!
По определению абсолютной температуры энергия вращательного движения в температуре не отражается, во всяком случае в пределах классической термодинамики. Но она, как отметил один из отвечающих, увеличивает теплоёмкость газа.
Открываем курс термодинамики и перечитываем главу "теплоёмкость идеального газа".
Там рассматривается одноатомный газ, а дальше двух и трёх атомный. У которых учитываются степени свободы. Вот то самое вращение.
Василий Когут
Василий Когут
37 746
Значит я вам кратенько и по-существу отвечу:

1. "молекулы могут стоять на месте, но за счёт вращения молекул газ может иметь огромную энергию" - не могут.
Кинетическая энергия равномерно распределяется по всем степеням свободы и колебаниям связей, по kT/2 на каждую степень. Поищи "теорему о равномерном распределении энергии по степеням свободы".

2. При расчетах теплоемкости, соответственно, и учитываются все виды движения самой молекулы и колебания связей.
Так, для одноатомных молекул изохорная теплоемкость будет 3RT/2.
(три поступательные степени свободы)
Для двухатомных будет уже 5R/2 и т. д.
Правильнее было-бы сказать атомов. С увеличением температуры любой газ вначале распадётся на атомы. Вот только стоячими они не будут, потому что постараются занять максимальный объём. Т. е. часть энергии превратится в движение. Эти потери никто и не учитывает, потому что в конечном счёте они тоже превращаются в тепло. Вот это общее тепло и применяют в расчётах.

Похожие вопросы