Molekulová fyzika 2. prezentace „Teplota“
Plynový teploměr Gay-Lussac: °C-1 (ideální plyn)
Součinitelé rozpínavosti a roztažnosti pro reálné plyny p=130 kPa: plyn vodík dusík vzduch helium neon p (103 K-1) 3,659 3,673 3,658 3,660 V (103 K-1) 3,662 3,674 3,661 p – součinitel roztažnosti V – součinitel rozpínavosti = 3,661010-3 K-1 (pro ideální plyn) (Bakule R., Brož. J: Molekulová fyzika. Skriptum MFF UK, 1989 ) extrapolace k nulovému tlaku
Teplota z mikroskopického hlediska M m – molární hmotnost R – univerzální plynová konstanta v – rychlost molekuly Teplota je pro daný druh plynu jednoznačně určena střední hodnotou kvadrátu rychlosti molekul. Nemá smysl mluvit o teplotě jedné izolované molekuly, ale teplota je veličina, která charakterizuje intenzitu chaotického pohybu souboru molekul. Počet molekul v souboru musí být dostatečně velký, abychom mohli aplikovat statistický přístup.
Kinetická energie částic v jednom molu ideálního plynu 1 molekula 1 stupeň volnosti Na každý stupeň volnosti neuspořádaného postupného pohybu molekul plynu, který je ve stavu termodynamické rovnováhy, připadá stejně velká, na druhu plynu nezávislá, střední kinetická energie rovná kBT/2. → EKVIPARTIČNÍ TEORÉM PRO JEDNOATOMOVÝ PLYN
Obecná formulace ekvipartičního principu Na každý z kvadratických členů, z nichž se skládá energie molekuly přísluší střední energie rovná kBT/2. i – počet kvadratických členů zdroj problémů (i zajímavých jevů)
Energie na jednu částici Různé typy plynu plyn Vnitřní energie Energie na jednu částici jednoatomový dvouatomový tří (a více) atomový -není započtena energie vibrací u víceatomových molekul.
Co na to experiment? jednoatomový plyn → bez problémů dvouatomové molekuly → přidat Ep je problematické; vyžadovalo by to speciální charakter meziatomových sil Teplota a energie na sobě závisí, ale pro každou látku je tato závislost jiná. Ekvipartiční teorém funguje jen při vysokých teplotách ( 2000 K) ?