Միջին կինետիկ էներգիան

Կինետիկ էներգիան էներգիան է, որը որոշվում է այս համակարգին պատկանող տարբեր կետերի շարժման արագությամբ: Այս դեպքում անհրաժեշտ է տարբերակել այն էներգիան, որը բնութագրում է թարգմանչական շարժումը եւ պտտվող շարժումը: Այս դեպքում միջին քնկային էներգիան ամբողջ համակարգի ընդհանուր էներգիայի եւ դրա հանգիստ էներգիայի միջեւ միջին տարբերությունն է, այսինքն `դրա մեծությունը պոտենցիալ էներգիայի միջին արժեքն է :

Դրա ֆիզիկական արժեքը որոշվում է 3/2 kT բանաձեւով, որը նշանակում է `T - ջերմաստիճան, k - Բոլցման մշտական: Այս արժեքը կարող է ծառայել որպես համադրման մի չափանիշ (ստանդարտ) էներգիայի տարբեր տեսակի ջերմային շարժման մեջ: Օրինակ, գազային մոլեկուլների համար միջին քնկային էներգիան translational շարժման ուսումնասիրության ժամանակ կազմում է 17 (-10) nJ, 500 ° C գազի ջերմաստիճանում: Որպես կանոն, էլեկտրոնները ունեն մեծագույն էներգիա թարգմանական շարժման մեջ եւ չեզոք ատոմների եւ իոնների էներգիան շատ ավելի փոքր է:

Այս քանակությունը, եթե մենք համարում ենք որեւէ լուծում, գազ կամ հեղուկ, որը տվյալ ջերմաստիճանում է, ունի մշտական արժեք: Այս հայտարարությունը ճիշտ է նաեւ կոլոիդ լուծումների համար:

Ինչ-որ բան այլ է: Այս նյութերի մեջ ցանկացած մասնիկի միջին քնկային էներգիան չափազանց փոքր է մոլեկուլային ներգրավման ուժերի հաղթահարման համար, եւ, հետեւաբար, այն կարող է միայն շարժվել այն կետից, որը պայմանականորեն ամրագրում է մասնիկի որոշակի հավասարակշռության դիրքը երկար ժամանակ: Այս հատկությունը եւ թույլ է տալիս կոշտ նյութը բավականաչափ կայուն լինել ձեւով եւ ծավալով:

Եթե պայմանները դիտարկենք, թարգմանական շարժումը եւ իդեալական գազը, ապա միջին քնկային էներգիան մոլեկուլային զանգվածից կախված չէ քանակական քանակություն եւ, հետեւաբար, սահմանվում է որպես արժեք, որը ուղղակիորեն համամասնական է բացարձակ ջերմաստիճանի արժեքի նկատմամբ :

Այս բոլոր դատողությունները, որոնք մենք տվեցինք, ցույց տվեցինք, որ դրանք վավեր են նյութերի համանման բոլոր տեսակների համար, որոնցից որեւէ մեկը ջերմաստիճանն է որպես հիմնական բնութագիր, որը արտացոլում է տարրերի ջերմային շարժման դինամիկան եւ ինտենսիվությունը: Եվ սա է մոլեկուլային-կինետիկ տեսության եւ ջերմային հավասարակշռության հայեցակարգի բովանդակությունը:

Ինչպես հայտնի է, եթե երկու ֆիզիկական մարմինը միմյանց հետ շփվում են, ապա նրանց միջեւ ջերմափոխանակման գործընթաց է առաջանում: Եթե մարմինը փակ համակարգ է, այսինքն, այն չի փոխազդում որեւէ մարմինների հետ, ապա դրա ջերմության փոխանակման գործընթացը կշարունակվի այնքան ժամանակ, քանի դեռ այն պահանջվում է հավասարեցնել այս մարմնի ջերմաստիճանը եւ շրջակա միջավայրը: Նման պետությունը կոչվում է տերմոդինամիկ հավասարակշռություն: Այս եզրակացությունը բազմիցս հաստատվել է փորձերի արդյունքներով: Միջին քնկային էներգիան որոշելու համար պետք է վերաբերել տվյալ մարմնի ջերմաստիճանի բնութագրերին եւ ջերմափոխանցման հատկություններին:

Կարեւոր է նաեւ հաշվի առնել, որ մարմնի ներսում միկրո պրոցեսսները չեն ավարտվում նույնիսկ այն ժամանակ, երբ մարմինը մտնում է տերմոդինամիկ հավասարակշռություն: Այս վիճակում մոլեկուլները շարժվում են, փոխում են իրենց արագությունների, ազդեցությունների եւ բախումների մարմինների ներսում: Հետեւաբար, մեր մի քանի հայտարարություններից միայն մեկն է ճշմարիտ. Մարմինի ծավալը, ճնշումը (եթե դա գազ է) կարող է տարբերվել, բայց ջերմաստիճանը դեռ մնում է մշտական: Սա կրկին հաստատում է այն եզրակացությունը, որ մեկուսացված համակարգերում ջերմային շարժման միջին քնկային էներգիան որոշվում է բացառապես ջերմաստիճանի ինդեքսով:

Այս օրինակն ստեղծվել է 1787 թվականին Չարլզի փորձերի ժամանակ: Փորձեր անցկացնելիս նա նկատեց, որ երբ մարմինները (գազերը) ջեռուցվում են նույն քանակությամբ, ճնշումը փոխվում է ուղղակի համամասնական օրենքի համաձայն: Այս դիտարկումը հնարավորություն տվեց ստեղծել բազմաթիվ օգտակար գործիքներ եւ իրեր, մասնավորապես գազի ջերմաչափ: