![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Раздел 2: Молекулярная физика и термодинамика
Лабораторная работа № 4 ОТНОШЕНИЕ МОЛЯРНЫХ ТЕПЛОЁМКОСТЕЙ ГАЗА МЕТОДОМ КЛЕМАНА-ДЕЗОРМА. ТЕОРИЯ Первое начало термодинамики (закон сохранения энергии) утверждает, что количество тепла Q, сообщенное системе, идет на изменение внутренней энергии системы ∆ U и на совершение системой работы А над внешними силами.
Внутренняя энергия системы U складывается из кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул, кинетической и потенциальной энергии колебательного движения атомов в молекуле и потенциальной энергии взаимодействия молекул. Поскольку, колебательное движениеатомов в молекуле проявляет себя только при высоких температурах, имможно пренебречь. Если газ идеальный, то взаимодействие между молекулами мало, следовательно, внутренняя энергия U идеального газа представляет собой сумму кинетических энергий поступательного и вращательного движения молекул. Для определения U воспользуемся положением статистической физики о равномерном распределении энергии по степеням свободы. Числом степеней свободы тела i называется наименьшее число независимых координат, которое надо задать, чтобы полностью определить положение тела в пространстве. Молекулу одноатомного газа можно рассматривать как материальную точку, произвольно движущуюся в пространстве. Её положение задается тремя координатами: X, Y, Z, следовательноона обладает тремя степенями свободы i = 3. Молекулу двухатомного газа можно рассматривать как систему, состоящую из двух жестко связанных атомов (рис. 1а). Такая молекула кроме 3-х степеней поступательного движения имеет еще две степени свободы вращательного движения вокруг осей О1О1 и О2О2. Возможностью вращения вокруг третьей оси можно пренебречь, т.к. вращение относительно оси ОО лишено смысла. Значит для двухатомной молекулы i=iпост.+iвр. =3+2= 5.
рис. la рис.1б
Молекулы, содержащие три и более атомов (рис. 1б) обладают шестью степенями свободы i= iпост.+iвр. =3+3= 6 В виду полной хаотичности движения молекул все виды движений равно вероятны, поэтому на каждую степень свободы приходится в среднем одинаковая энергия.
где k - постоянная Больцмана Т - абсолютная температура Если молекула имеет i степеней свободы, то её средняя кинетическая энергия
а внутренняя энергия U одного моля газа равна сумме энергий отдельных молекул
где NA - число молекул в моле (число Авогадро), R - универсальная газовая постоянная. Для произвольной массы газа
где Одной из важнейших характеристик газа является теплоёмкость.
|