Teòiridh co-roinneadh lùtha

Chaidh teòirim co-roinnte lùtha a thoirt a-mach gu teòiridheach le Clerk Maxwell a’ cleachdadh meacanaig staitistigeil. Canar teòirim ris leis nach eil dearbhadh deuchainneach ann. Tha co-roinn lùtha a’ ciallachadh sgaoileadh co-ionnan lùtha.

Tha lùth cineatach eadar-theangachaidh a’ tighinn bho ghluasad eadar-theangachaidh, aig a bheil trì eileamaidean astair: an x-axis, an y-axis, agus an z-axis. Is e na trì eileamaidean astair seo as coireach gu bheil an àireamh 3 a’ nochdadh anns a’ cho-aontar gu h-àrd. Canar ceum saorsa ri gach pàirt astair. Leis gu bheil trì eileamaidean astair ann, tha trì ìrean saorsa aig lùth cineatach eadar-theangachaidh.

Teòiridh co-roinneadh lùtha 1

Tha teòirim co-roinneadh lùtha ag ràdh gum feum an lùth a bhith air a sgaoileadh gu co-ionnan am measg gach ìre saorsa. Mar sin, is e 1⁄2 kT an lùth cuibheasach airson gach ìre saorsa.

Moileciuilean gas aon-atamach

Chan eil moileciuilean gas monatamach a’ dèanamh ach gluasad eadar-theangachaidh agus mar sin tha 3 ìrean saorsa aig moileciuilean gas monatamach.

Is e an lùth cineatach cuibheasach airson gach moileciuil de ghas monatomach:

3 (1⁄2 kT) = 3/2 kT = 3/2 nRT.

Comas teas nam moileciuilean gas aon-atamach:

C = 3/2 R = 3/2 (8,315 J/mol.K) = 12,47 J/Kg.K

Moileciuilean gas dà-atomach

A bharrachd air gluasad eadar-theangachaidh, bidh moileciuilean gas dà-atomach cuideachd a’ dèanamh gluasad rothlach is crithidh. Tha an àireamh de cheumannan saorsa airson gluasad eadar-theangachaidh = 3. Cia mheud ceum saorsa airson gluasad rothlach is crithidh?

Tha trì aisean rothlaidh ann, is iad sin aisean x, y agus z. Chan eil gluasad rothlach timcheall air ais-x air a ghabhail a-steach san àireamhachadh leis gu bheil an dà dadam a tha a’ dèanamh suas am moileciuil a’ tighinn còmhla ris an ais rothlaidh. Nuair a bhios iad a’ tighinn còmhla ris an ais-x, tha mionaid neo-sheasmhachd an dà dadam = 0. Mar sin, tha an àireamh de cheumannan saorsa airson gluasad rothlach = 2.

Is e an lùth cuibheasach airson gach moileciuil gas diatomach:

3(1⁄2 kT) + 2(1⁄2 kT) = 5/2 kT = 5/2 nRT.

Comas teas nam moileciuilean gas dà-atomach:

C = 5/2 R = 5/2 (8,315 J/mol.K) = 20,79 J/Kg.K

Tha an comas teas moileciuil a gheibhear gu teòiridheach beagan nas motha na an comas teas fìor. moileciuilean gas diatomach a fhuaireadh tro dheuchainnean.

Nuair a bhios iad a’ crith, bidh dà sheòrsa lùtha aig moileciuilean gas dà-atomach: lùth cineatach agus lùth comasach elastagach. Mar sin, is e 2 an àireamh de cheumannan saorsa airson gluasad crith.

Is e an lùth cuibheasach airson gach moileciuil gas diatomach:

3(1⁄2 kT) + 2(1⁄2 kT) + 2(1⁄2 kT) = 7/2 kT = 7/2 nRT.

Comas teas nam moileciuilean gas dà-atomach:

C = 7/2 R = 7/2 (8,315 J/mol.K) = 29,1 J/Kg.K

Dèan coimeas eadar an toradh seo agus comas teas nam moileciuilean gas dà-atomach a fhuaireadh gu deuchainneach. Tha an diofar mòr. Tha 7 ìrean saorsa aig moileciuilean gas dà-atomach (gluasad eadar-theangachaidh, rothlach, agus crith), agus mar sin bu chòir comas teas nam moileciuilean gas dà-atomach a fhuaireadh gu deuchainneach a bhith timcheall air 29,1 J/Kg.J.

Tha buaidh gluasad crithidh air comas teas mholacilean gas dà-atomach cuideachd an urra ris an raon teòthachd (T). Chaidh deuchainnean roimhe seo a dhèanamh thairis air raon teòthachd car cumhang. Tha deuchainnean o chionn ghoirid a chaidh a dhèanamh thairis air raon teòthachd nas fharsainge air sealltainn gu bheil comas teas mholacilean gas cuideachd an urra ris an raon teòthachd. Gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air a’ chùis seo, leig dhuinn sgrùdadh a dhèanamh air an atharrachadh ann an comas teas mholacilean gas haidridean aig diofar theodhachdan.

Atharrachadh ann an comas teas mholacilean gas haidridean aig diofar theodhachdan.

Haidridean (H2) a’ gabhail a-steach gasaichean diatomach. Tha an ìomhaigh air an taobh a’ sealltainn an atharrachadh ann an comas teas mholacilean gas haidridein aig diofar theodhachdan. Chan eil luach comas teas moileciuil 5/2 R = 20,79 J/Kg.K ach anns an raon teòthachd timcheall air 250 K gu 750 K. Fo 250 K, bidh comas teas moileciuil gas haidridein a’ lùghdachadh gu cunbhalach gus an ruig e 3/2 R = 12,47 J/Kg.K. Air an làimh eile, os cionn 750 K, bidh comas teas moileciuil a’ ghasa ag àrdachadh gu cunbhalach gus an ruig e 7/2 R = 29,1 J/Kg.K.

Stèidhichte air an fhìrinn seo, is urrainn dhuinn a ràdh aig teòthachd ìosal, nach bi moileciuilean gas a’ dèanamh ach gluasad eadar-theangachaidh. Cho luath ‘s a dh’èireas an teòthachd, chan eil moileciuilean gas a’ dèanamh ach gluasad rothlach. Aig teòthachd àrd, bidh moileciuilean gas a’ bualadh ri chèile, ag adhbhrachadh gum bi na dadaman a tha a’ dèanamh suas nam moileciuilean a’ dèanamh gluasad crith. Mar sin, tha na trì seòrsaichean gluasaid seo a’ tachairt ann an ìrean, an toiseach dìreach gluasad eadar-theangachaidh (teòthachdan ìosal), an uairsin eadar-theangachadh + rothladh (teòthachdan meadhanach), agus mu dheireadh eadar-theangachadh + rothladh + crith (teòthachdan àrda). Chan eil gluasad crith a’ tachairt ach nuair a bhios moileciuilean gas a’ bualadh ri chèile.

Chan eil seo sònraichte do ghas haidridein, ach tha e a’ buntainn ri gasaichean eile cuideachd. Tha luchd-saidheans air faighinn a-mach gu bheil comas teas mholacilean gas buailteach atharrachadh le teòthachd cuideachd. Tha na h-atharrachaidhean coltach ris an fheadhainn a tha a’ tachairt le gas haidridein, ach leis gu bheil structar gach gas eadar-dhealaichte (an àireamh agus na seòrsaichean dadaman a tha annta), bidh atharrachaidhean ann an comas teas cuideachd a’ tachairt thairis air raointean teòthachd eadar-dhealaichte.

Tha teòirim co-roinneadh lùtha ag ràdh gum feum an lùth iomlan a bhith air a sgaoileadh gu cothromach thar gach ìre de shaorsa. Ann an da-rìribh, chan eil an lùth a bharrachd a gheibh moileciuilean gas air a sgaoileadh gu cothromach thar gach ìre de shaorsa, ach air a sgaoileadh mean air mhean. A bharrachd air an sin, tha an co-aontar airson comas teas moileciuil gas, a tha sinn air a thoirt a-mach gu teòiridheach stèidhichte air teòiridh cineatach ghasaichean, ag ràdh nach eil comas teas moileciuil an urra ach air R (1/2 R airson gach ìre de shaorsa). Ann an da-rìribh, tha buaidh aig teòthachd (T) air comas teas moileciuil cuideachd.

Faodar grunn cho-dhùnaidhean a tharraing. An toiseach, tha teòirim co-roinnte lùtha air a thoirt bho mheacanaig staitistigeil chlasaigeach, a tha stèidhichte air laghan meacanaig Newton. San dàrna àite, tha teòirim cineatach ghasaichean, a bhios sinn a’ cleachdadh gus gluasad mholacilean gas a mhìneachadh, cuideachd stèidhichte air laghan meacanaig Newton. Leis gu bheil teòirim co-roinnte lùtha agus teòirim cineatach ghasaichean air am briseadh, faodar a cho-dhùnadh nach urrainn do laghan meacanaig Newton gluasad a thachras aig an ìre atamach no moileciuil a mhìneachadh. Ann am faclan eile, chan urrainn do mheacanaig Newton, no meacanaig chlasaigeach, ach gluasad stuth a mhìneachadh aig sgèilean mòra.

Fàg beachd