Естественные науки

Чему равно среднее (по всем молекулам) расстояние до ближайшего соседа в классическом идеальном газе, концентрация = n

Т. е. с концентрацией частиц n шт. на единицу объема.

У нас тут с Рустамом Искендеровым дебаты на эту тему зашли слегка в тупик: -)
Интересует коэффициент при n^(-1/3) с точностью до хотя бы третьего знака после запятой. Хотя, конечно, можно и точную формулу написать при желании, калькуляторов под рукой вагон.
Мария Батова
Мария Батова
76 843
Во многом буду повторяться. Излишне заметить, что "объём, занимаемый молекулой" означает не объём самой молекулы, а объём пространства, приходящийся на одну молекулу (это более красноречиво для ГАЗОВ). Если этот объём представить в виде куба, то коэффициент, о котором мы говорим с вами, есть отношение действительного среднего расстояния между молекулами на ребро этого куба (ребро примем равным 1). При таком кубическом расположении молекул каждая из них имеет 6 соседей на расстоянии 1, 12 соседей на расстоянии √2 и 8 соседей на расстоянии √3. Ср. арифметическое 1,4164, ср. квадратичное 1,4411. Конечно, никто не заставляет молекулы распределиться таким образом. Теперь положим, что они расположены на вершинах правильного тетраэдра - тогда расстояния между соседними молекулами всюду будут равны. Обозначив ребро тетраэдра через а, для его объёма получаем √2а3/12. Соотнеся это с ребром равновеликого по объёму куба, нетрудно получить, что а= cbrt(12/√2)= 2,0396. Т. е. коэффициент для тетраэдра равен 2,0396. Но пространство невозможно "паркетировать" правильными тетраэдрами; поэтому поищем ещё. В той задаче я указал (это подтвердил Чайковский и, если не ошибаюсь, вы), что при "наиболее плотной упаковке" коэффициент бывает равным 1,1225... Короче, куда ни глянь - БОЛЬШЕ единицы... Ссылку на задачу на стр 18 увидел и я. Хотя там решение не приводится, но безусловно верю, что вы решили её верно. Остаётся мне осмыслить полученный вами результат (коэф., значительно меньший 1). Надеюсь, справлюсь когда-нибудь.
Ksyusha
Ksyusha
78 758
Лучший ответ
Мария Батова Предлагаю так рассуждать. Газ - не кристалл.
Положим, мы моделируем положения всех молекул газа в какой-то момент времени.

Накидываем молекулы случайным образом в объем сосуда. Первую - с равномерным случайным распределением в нашел объеме. Вторую - опять с равномерным, вне зависимости от того, куда попала первая. И т. д. Много-много молекул.

Потом у каждой ищем расстояние до ближайшего соседа и усредняем. Что получится?
равно концентрации идеального газа между молекулами для равности N
Мария Батова = a * n^(-1/3)
Чему равно число a? С точностью до трех знаков.
Александр Пакидов сложный вопрос но я на него постараюсь ответить в ближайшее время если найду ответ
Чистая геометрия. Средний объем (V/N), который занимает частица, равен 4/3*Pi*D^3, где D-диаметр шарика, то есть искомое среднее расстояние.
Мария Батова OK. Позволю себе исправить формулу объема шарика, чтоб радиус с диаметром не путался..

4/3*Pi*R^3 = 1/n

откуда R = (3/(4pi))^(1/3) * n^(-1/3) ~= 0.620 n^(-1/3)
Искомое среднее расстояние до ближайшего соседа = 2R ~= 1.240 n^(-1/3)
Так?

Но это ж что получается: все молекулы газа понатыканы в пространстве так, что их шаровые R-окрестности не пересекаются и заполняют весь объем, занимаемый газом?
А поподробнее можно, а то хрен вас знает какие условия вы брали))
Ольга Абрамова
Ольга Абрамова
11 664
Мария Батова Я брал классический идеальный газ при концентрации частиц n. Больше ничего не понадобилось.
Но если нужны какие-то условия - возьмите гелий при нормальных условиях, я не возражаю: -)