ទ្រឹស្តីសមភាពនៃការបែងចែកថាមពល

ទ្រឹស្តីបទសមភាពនៃថាមពលត្រូវបានទាញយកតាមទ្រឹស្តីដោយ Clerk Maxwell ដោយប្រើមេកានិចស្ថិតិ។ វាត្រូវបានគេហៅថាទ្រឹស្តីបទ ពីព្រោះវាមិនមានភស្តុតាងពិសោធន៍ទេ។ សមភាពនៃថាមពលមានន័យថាការចែកចាយថាមពលស្មើគ្នា។

ថាមពលចលនាបកប្រែបានមកពីចលនាបកប្រែ ដែលមានសមាសធាតុល្បឿនបីគឺ៖ អ័ក្ស x អ័ក្ស y និងអ័ក្ស z។ សមាសធាតុល្បឿនទាំងបីនេះគឺជាមូលហេតុដែលលេខ 3 លេចឡើងក្នុងសមីការខាងលើ។ សមាសធាតុល្បឿននីមួយៗត្រូវបានគេហៅថា កម្រិតសេរីភាព។ ដោយសារតែមានសមាសធាតុល្បឿនបី ថាមពលចលនាបកប្រែមានកម្រិតសេរីភាពបី។

ទ្រឹស្តីសមភាពនៃការបែងចែកថាមពល ១

ទ្រឹស្តីបទ​សមភាគ​នៃ​ថាមពល​ចែងថា ថាមពល​ត្រូវតែ​ចែកចាយ​ស្មើៗ​គ្នា​ក្នុងចំណោម​ដឺក្រេ​នៃ​សេរីភាព​ទាំងអស់។ ដូច្នេះ ថាមពល​ជាមធ្យម​សម្រាប់​ដឺក្រេ​នៃ​សេរីភាព​នីមួយៗ​គឺ 1⁄2 kT។

ម៉ូលេគុលឧស្ម័នម៉ូណូអាតូម

ម៉ូលេគុលឧស្ម័នម៉ូណូអាតូមិចអនុវត្តតែចលនាបកប្រែប៉ុណ្ណោះ ដូច្នេះម៉ូលេគុលឧស្ម័នម៉ូណូអាតូមិចមានសេរីភាព 3 ដឺក្រេ។

ថាមពលចលនាជាមធ្យមសម្រាប់ម៉ូលេគុលនីមួយៗនៃឧស្ម័នម៉ូណូអាតូមិចគឺ៖

3 (1⁄2 kT) = 3/2 kT = 3/2 nRT ។

សមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នម៉ូណូអាតូម៖

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

ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិច

បន្ថែមពីលើចលនាបកប្រែ ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចក៏អនុវត្តចលនាបង្វិល និងរំញ័រផងដែរ។ ចំនួនដឺក្រេនៃសេរីភាពសម្រាប់ចលនាបកប្រែ = 3. តើមានដឺក្រេនៃសេរីភាពប៉ុន្មានសម្រាប់ចលនាបង្វិល និងរំញ័រ?

មានអ័ក្សរង្វិលបី គឺអ័ក្ស x, y និង z។ ចលនារង្វិលជុំវិញអ័ក្ស x មិនត្រូវបានរាប់បញ្ចូលក្នុងការគណនាទេ ពីព្រោះអាតូមពីរដែលបង្កើតជាម៉ូលេគុលស្របគ្នានឹងអ័ក្សរង្វិល។ នៅពេលដែលពួកវាស្របគ្នានឹងអ័ក្ស x ម៉ូម៉ង់នៃនិចលភាពនៃអាតូមទាំងពីរ = 0។ ដូច្នេះ ចំនួនដឺក្រេនៃសេរីភាពសម្រាប់ចលនារង្វិល = 2។

អានផងដែរ  ឧទាហរណ៍សំណួរលើរលកពន្លឺ

ថាមពលជាមធ្យមសម្រាប់ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចនីមួយៗគឺ៖

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

សមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិច៖

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

សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលដែលទទួលបានតាមទ្រឹស្តីមានទំហំធំជាងសមត្ថភាពកំដៅជាក់ស្តែងបន្តិច។ ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចដែលទទួលបានតាមរយៈការពិសោធន៍។

នៅពេលរំញ័រ ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចមានថាមពលពីរប្រភេទ៖ ថាមពលចលនា និងថាមពលសក្តានុពលយឺត។ ដូច្នេះ ចំនួនដឺក្រេនៃសេរីភាពសម្រាប់ចលនារំញ័រគឺ 2។

ថាមពលជាមធ្យមសម្រាប់ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចនីមួយៗគឺ៖

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

សមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិច៖

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

សូមប្រៀបធៀបលទ្ធផលនេះជាមួយនឹងសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចដែលទទួលបានដោយពិសោធន៍។ ភាពខុសគ្នាគឺគួរឱ្យកត់សម្គាល់។ ម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចមានសេរីភាព 7 ដឺក្រេ (ចលនាបកប្រែ ចលនាបង្វិល និងចលនារំញ័រ) ដូច្នេះសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចដែលទទួលបានដោយពិសោធន៍គួរតែមានប្រហែល 29,1 J/Kg.J។

ឥទ្ធិពលនៃចលនារំញ័រលើសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នឌីអាតូមិចក៏អាស្រ័យលើជួរសីតុណ្ហភាព (T) ផងដែរ។ ការពិសោធន៍ពីមុនត្រូវបានធ្វើឡើងលើជួរសីតុណ្ហភាពតូចចង្អៀត។ ការពិសោធន៍ថ្មីៗដែលធ្វើឡើងលើជួរសីតុណ្ហភាពធំទូលាយបានបង្ហាញថាសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នក៏អាស្រ័យលើជួរសីតុណ្ហភាពផងដែរ។ ដើម្បីយល់កាន់តែច្បាស់អំពីបញ្ហានេះ ចូរយើងពិនិត្យមើលភាពខុសគ្នានៃសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែននៅសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នា។

អានផងដែរ  ឧទាហរណ៍សំណួរលើកម្រិតអាំងតង់ស៊ីតេ និងកម្រិតអាំងតង់ស៊ីតេសំឡេង

ការប្រែប្រួលសមត្ថភាពកំដៅនៃម៉ូលេគុលឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែននៅសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នា។

អ៊ីដ្រូសែន (H2) រួមទាំងឧស្ម័នឌីអាតូមិច។ រូបភាពនៅចំហៀងបង្ហាញពីការប្រែប្រួលនៃសមត្ថភាពកំដៅរបស់ម៉ូលេគុលឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែននៅសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នា។ តម្លៃសមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុល 5/2 R = 20,79 J/Kg.K គឺស្ថិតនៅក្នុងចន្លោះសីតុណ្ហភាពប្រហែល 250 K ដល់ 750 K ប៉ុណ្ណោះ។ ក្រោម 250 K សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលនៃឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែនថយចុះជាប្រចាំរហូតដល់វាឡើងដល់ 3/2 R = 12,47 J/Kg.K។ ផ្ទុយទៅវិញ លើសពី 750 K សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលនៃឧស្ម័នកើនឡើងជាប្រចាំរហូតដល់វាឡើងដល់ 7/2 R = 29,1 J/Kg.K។

ដោយផ្អែកលើការពិតនេះ យើងអាចនិយាយបានថា នៅសីតុណ្ហភាពទាប ម៉ូលេគុលឧស្ម័នគ្រាន់តែធ្វើចលនាបកប្រែប៉ុណ្ណោះ។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើង ម៉ូលេគុលឧស្ម័នគ្រាន់តែធ្វើចលនាបង្វិលប៉ុណ្ណោះ។ នៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ ម៉ូលេគុលឧស្ម័នប៉ះទង្គិចគ្នា ដែលបណ្តាលឱ្យអាតូមដែលបង្កើតជាម៉ូលេគុលធ្វើចលនារំញ័រ។ ដូច្នេះ ចលនាទាំងបីប្រភេទនេះកើតឡើងជាដំណាក់កាល ដំបូងមានតែចលនាបកប្រែ (សីតុណ្ហភាពទាប) បន្ទាប់មកការបកប្រែ + ការបង្វិល (សីតុណ្ហភាពមធ្យម) និងចុងក្រោយការបកប្រែ + ការបង្វិល + រំញ័រ (សីតុណ្ហភាពខ្ពស់)។ ចលនារំញ័រកើតឡើងតែនៅពេលដែលម៉ូលេគុលឧស្ម័នប៉ះទង្គិចគ្នា។

នេះមិនមែនជារឿងប្លែកចំពោះឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែនទេ ប៉ុន្តែវាក៏អនុវត្តចំពោះឧស្ម័នដទៃទៀតដែរ។ អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានរកឃើញថា សមត្ថភាពកំដៅរបស់ម៉ូលេគុលឧស្ម័នក៏មានទំនោរផ្លាស់ប្តូរទៅតាមសីតុណ្ហភាពផងដែរ។ ការផ្លាស់ប្តូរទាំងនេះគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងអ្វីដែលជួបប្រទះដោយឧស្ម័នអ៊ីដ្រូសែន ប៉ុន្តែដោយសារតែរចនាសម្ព័ន្ធនៃឧស្ម័ននីមួយៗខុសគ្នា (ចំនួន និងប្រភេទអាតូមដែលពួកវាមាន) ការផ្លាស់ប្តូរសមត្ថភាពកំដៅក៏កើតឡើងលើជួរសីតុណ្ហភាពផ្សេងៗគ្នាផងដែរ។

អានផងដែរ  មូលហេតុនៃសកម្មភាពរបស់មនុស្សលើការប្រែប្រួលបរិស្ថាន

ទ្រឹស្តីបទ​សមភាគ​ថាមពល​ចែងថា ថាមពលសរុបត្រូវតែចែកចាយស្មើៗគ្នាលើកម្រិតសេរីភាពនីមួយៗ។ តាមពិតទៅ ថាមពលបន្ថែមដែលទទួលបានដោយម៉ូលេគុលឧស្ម័នមិនត្រូវបានចែកចាយស្មើៗគ្នាលើកម្រិតសេរីភាពនីមួយៗទេ ប៉ុន្តែត្រូវបានចែកចាយបន្តិចម្តងៗ។ លើសពីនេះ សមីការសម្រាប់សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលនៃឧស្ម័ន ដែលយើងទទួលបានតាមទ្រឹស្តីដោយផ្អែកលើទ្រឹស្តីចលនានៃឧស្ម័ន ចែងថា សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលអាស្រ័យតែលើ R (1/2 R សម្រាប់កម្រិតសេរីភាពនីមួយៗ)។ តាមពិតទៅ សមត្ថភាពកំដៅម៉ូលេគុលក៏ត្រូវបានប៉ះពាល់ដោយសីតុណ្ហភាព (T) ផងដែរ។

សេចក្តីសន្និដ្ឋានជាច្រើនអាចត្រូវបានទាញចេញ។ ទីមួយ ទ្រឹស្តីបទសមភាពនៃថាមពលគឺបានមកពីមេកានិចស្ថិតិបុរាណ ដែលផ្អែកលើច្បាប់មេកានិចរបស់ញូតុន។ ទីពីរ ទ្រឹស្តីចលនវិទ្យានៃឧស្ម័ន ដែលយើងប្រើដើម្បីពន្យល់ពីចលនារបស់ម៉ូលេគុលឧស្ម័ន ក៏ផ្អែកលើច្បាប់មេកានិចរបស់ញូតុនផងដែរ។ ដោយសារតែទ្រឹស្តីបទសមភាពនៃថាមពល និងទ្រឹស្តីចលនវិទ្យានៃឧស្ម័នត្រូវបានរំលោភបំពាន វាអាចសន្និដ្ឋានបានថា ច្បាប់មេកានិចរបស់ញូតុនមិនអាចពន្យល់ពីចលនាដែលកើតឡើងនៅកម្រិតអាតូម ឬម៉ូលេគុលបានទេ។ ម្យ៉ាងវិញទៀត មេកានិចញូតុន ឬមេកានិចបុរាណ អាចពន្យល់បានតែចលនារបស់រូបធាតុក្នុងទ្រង់ទ្រាយធំប៉ុណ្ណោះ។

សូម​បញ្ចេញ​មតិ