Орташа кинетикалық энергия

Кинетикалық энергия - бұл осы жүйеге жататын әртүрлі нүктелердің қозғалыс жылдамдығымен анықталатын энергия. Бұл жағдайда трансляциялық қозғалысты және айналмалы қозғалысты сипаттайтын энергияны ажырату қажет. Бұл жағдайда орташа кинетикалық энергия - бүкіл жүйенің жалпы энергиясы мен оның тыныштық энергиясы арасындағы орташа айырмашылық, яғни мән-мағынасы - әлеуетті энергияның орташа мәні .

Оның физикалық мәні 3/2 kT формуласымен анықталады, бұл Т - температура, k - Больцман тұрақтысы. Бұл мән әр түрлі термиялық қозғалыстардағы энергия үшін салыстыру өлшемі (стандартты) ретінде қызмет етуі мүмкін. Мысалы, транслектикалық қозғалысты зерттеудегі газдық молекулалардың орташа кинетикалық энергиясы 500 ° С газ температурасында 17 (-10) nJ құрайды. Әдетте, электрондардың трансляциялық қозғалыста ең көп энергиясы бар, ал бейтарап атомдар мен иондардың энергиясы әлдеқайда аз.

Егер бұл ерітінді, газ немесе сұйықтық қарастырылған болса, онда бұл сан тұрақты мәнге ие. Бұл мәлімдеме коллоидтық шешімдерге де қатысты.

Бір нәрсе қатты заттардан ерекшеленеді. Бұл заттарда кез-келген бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы молекулалық тартылыстың күштерін еңсеру үшін тым аз, сондықтан ол бөлшектердің белгілі бір тепе-теңдік күйін ұзақ уақыт бойы шартты түрде бекітетін нүктеге қарай жылжи алады. Бұл қасиет қатты заттың пішіні мен көлемі бойынша жеткілікті тұрақты болуын қамтамасыз етеді.

Егер жағдайды қарастырсақ, трансформациялық қозғалыс және идеал газ болса, орташа кинетикалық энергия молекулалық массаға тәуелді емес , сондықтан абсолюттік температураның мәніне тікелей пропорционалды мән ретінде анықталады .

Барлық осы пайымдаулардың барлығы материяның біріктірілген күйлерінің барлық түрлері үшін жарамды екендігін көрсетіп берді - олардың кез-келгенінде температура элементтердің жылу қозғалысының динамикасы мен қарқындылығын көрсететін негізгі сипат ретінде әрекет етеді. Бұл - молекулярлық-кинетикалық теорияның және жылулық тепе-теңдік түсінігінің мазмұны.

Белгілі болғандай, егер екі дене бір-бірімен өзара әрекет етсе, онда олардың арасындағы жылу алмасу процесі пайда болады. Дене жабық жүйе болса, яғни ол қандай да бір денелермен өзара әрекеттеспейді, онда оның жылу алмасу процесі осы органның және қоршаған орта температурасын теңестіру үшін қажет болғанға дейін созылады. Мұндай күй термодинамикалық тепе-теңдік деп аталады. Бұл тұжырым эксперименттердің нәтижелері бойынша бірнеше рет расталды. Орташа кинетикалық энергияны анықтау үшін берілген дененің температурасын және оның жылу беру қасиеттерін сипаттауға болады.

Дене термодинамикалық тепе-теңдікке енген кезде де микропроцесстердің аяқталмайтынын да ескеру керек. Бұл жағдайда молекулалар қозғалады, ағзадағы олардың жылдамдықтарын, әсерлері мен соқтығысуын өзгереді. Сондықтан, біздің кейбір мәлімдемелеріміздің тек біреуі ғана дұрыс: дененің көлемі, қысым (газ болса) әртүрлі болуы мүмкін, бірақ температура әлі де тұрақты болып қалады. Бұл оқшауланған жүйелердегі жылу қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы тек температура индексі бойынша анықталғанын тағы да растайды.

Бұл үлгі Чарльздің 1787 жылы тәжірибелерінде белгіленді. Эксперименттер жүргізгенде, денелер (газдар) бірдей мөлшерде қызған кезде олардың қысымдары тікелей пропорционалды заңға сәйкес өзгереді. Бұл байқау көптеген пайдалы құралдар мен заттарды, атап айтқанда, газ термометрін жасауға мүмкіндік берді.