ທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນພະລັງງານເທົ່າກັນ

ທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນພະລັງງານເທົ່າກັນໄດ້ມາຈາກທິດສະດີໂດຍ Clerk Maxwell ໂດຍໃຊ້ກົນຈັກສະຖິຕິ. ມັນຖືກເອີ້ນວ່າທິດສະດີບົດເພາະວ່າບໍ່ມີຫຼັກຖານຜ່ານການທົດລອງ. ການແບ່ງສ່ວນພະລັງງານໝາຍເຖິງການແຈກຢາຍພະລັງງານເທົ່າທຽມກັນ.

KE = ພະລັງງານຈົນສະເລ່ຍຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສ (ຈູນ)

k = ຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Boltzmann = 1.38 x 10 ^-23 J/K

T = ອຸນຫະພູມຢ່າງແທ້ຈິງຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ (Kelvin)

ພະລັງງານຈົນແບບແປໄດ້ມາຈາກການເຄື່ອນທີ່ແບບແປເຊິ່ງມີສາມອົງປະກອບຄວາມໄວຄື: ອົງປະກອບຄວາມໄວໃນແກນ x, ແກນ y, ແລະແກນ z. ມີສາມອົງປະກອບຂອງຄວາມໄວນີ້, ໃນກໍລະນີນີ້ມີຕົວເລກ 3 ໃນສົມຜົນຂ້າງເທິງ. ແຕ່ລະອົງປະກອບຂອງຄວາມໄວເອີ້ນວ່າລະດັບອິດສະລະພາບ. ເນື່ອງຈາກມັນມີສາມອົງປະກອບຂອງຄວາມໄວ, ພະລັງງານຈົນແບບແປມີ 3 ອົງສາອິດສະລະພາບ.

ທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນພະລັງງານເທົ່າກັນລະບຸວ່າພະລັງງານທີ່ແທ້ຈິງຕ້ອງຖືກແບ່ງອອກຢ່າງເທົ່າທຽມກັນໃນທຸກລະດັບຄວາມເປັນອິດສະຫຼະ. ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານສະເລ່ຍສຳລັບແຕ່ລະລະດັບຄວາມເປັນອິດສະຫຼະແມ່ນ 1/2 kT.

ໂມເລກຸນອາຍແກັສໂມໂນອະຕອມ

ໂມເລກຸນອາຍແກັສໂມໂນອະຕອມພຽງແຕ່ເຮັດການເຄື່ອນທີ່ແປເທົ່ານັ້ນ ດັ່ງນັ້ນໂມເລກຸນອາຍແກັສໂມໂນອະຕອມຈຶ່ງມີ 3 ອົງສາຂອງອິດສະລະພາບ.

ພະລັງງານຈົນສະເລ່ຍສຳລັບໂມເລກຸນອາຍແກັສໂມໂນອະຕອມແຕ່ລະອັນແມ່ນ:

3 (1/2 kT) = 3/2 kT = 3/2 nRT.

ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໂມໂນອາຕອມ:

C = 3/2 R = 3/2 (8.315 J / mol. K) = 12.47 J/Kg. K

ໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມ

ນອກເໜືອໄປຈາກການເຄື່ອນທີ່ແບບແປ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມຍັງປະຕິບັດການໝູນ ແລະ ການສັ່ນສະເທືອນ. ຈຳນວນອົງສາອິດສະລະສຳລັບການເຄື່ອນທີ່ແບບແປ = 3. ລະດັບອິດສະລະສຳລັບການເຄື່ອນທີ່ແບບໝູນ ແລະ ການສັ່ນສະເທືອນແມ່ນຫຍັງ?

ມີແກນໝູນສາມແກນຄື: ແກນ x, ແກນ y, ແລະ ແກນ Z. ການເຄື່ອນທີ່ຂອງແກນໝູນໃນແກນ x ບໍ່ໄດ້ຖືກນັບເພາະວ່າສອງອະຕອມສອດຄ່ອງກັບແກນໝູນ. ເມື່ອສອດຄ້ອງກັບແກນ x, ໂມເມັນຄວາມเฉื่อยຂອງສອງອະຕອມ = ​​0. ດັ່ງນັ້ນ, ຈຳນວນອົງສາອິດສະລະສຳລັບການເຄື່ອນທີ່ຂອງແກນໝູນ = 2.

ພະລັງງານສະເລ່ຍສຳລັບໂມເລກຸນກ໊າຊໄດອາຕອມແຕ່ລະອັນແມ່ນ:

3 (1/2 kT) + 2 (1/2 kT) = 5/2 kT = 5/2 n R T .

ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມ:

C = 5/2 R = 5/2 (8.315 J / mol. K) = 20.79 J / Kg. K

ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນໂມເລກຸນທີ່ໄດ້ຮັບໃນທາງທິດສະດີແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມທີ່ໄດ້ຮັບຜ່ານການທົດລອງ.

ເມື່ອເຄື່ອນທີ່ແບບສັ່ນສະເທືອນ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມມີພະລັງງານສອງປະເພດຄື: ພະລັງງານຈົນ ແລະ ພະລັງງານທ່າແຮງຍືດຫຍຸ່ນ. ດັ່ງນັ້ນ, ຈຳນວນອົງສາອິດສະລະສຳລັບການເຄື່ອນທີ່ແບບສັ່ນສະເທືອນ = 2.
ພະລັງງານສະເລ່ຍສຳລັບໂມເລກຸນກ໊າຊໄດອາຕອມແຕ່ລະອັນແມ່ນ:

3 (1/2 kT) + 2 (1/2 kT) + 2 (1/2 kT) = 7/2 kT = 7/2 n R T.

ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມ:

C = 7/2 R = 7/2 (8,315 J / mol. K) = 29.1 J / Kg. K

ຜົນກະທົບຂອງການເຄື່ອນທີ່ແບບສັ່ນສະເທືອນຕໍ່ຄ່າຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄດອາຕອມຍັງຂຶ້ນກັບລະດັບອຸນຫະພູມ (T). ການທົດລອງທີ່ໄດ້ເຮັດມາກ່ອນເກີດຂຶ້ນໃນລະດັບອຸນຫະພູມທີ່ບໍ່ກວ້າງເກີນໄປ. ການທົດລອງທີ່ຜ່ານມາທີ່ດໍາເນີນຢູ່ໃນລະດັບອຸນຫະພູມກວ້າງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄ່າຂອງຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສຍັງຂຶ້ນກັບລະດັບອຸນຫະພູມ. ເພື່ອເຂົ້າໃຈບັນຫານີ້ໃຫ້ດີຂຶ້ນ, ໃຫ້ພວກເຮົາທົບທວນການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄຮໂດຣເຈນທີ່ອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ໄຮໂດຣເຈນ (H₂) ປະກອບມີອາຍແກັສໄດອາຕອມ. ຮູບຂ້າງຄຽງສະແດງໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄຮໂດຣເຈນທີ່ອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຄ່າຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນແມ່ນ 5/2 R = 20.79 J/Kg. K ແມ່ນຢູ່ໃນລະດັບອຸນຫະພູມປະມານ 250 K ຫາ 750 K ເທົ່ານັ້ນ. ຕໍ່າກວ່າ 250 K, ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສໄຮໂດຣເຈນຈະຫຼຸດລົງເປັນປະຈຳຈົນກວ່າຈະຮອດ 3/2 R = 12.47 J/Kg. K. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ສູງກວ່າ 750 K, ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສຈະເພີ່ມຂຶ້ນເປັນໄລຍະຈົນກວ່າຈະຮອດ 7/2 R = 29.1 J/Kg. K.

ອີງຕາມຄວາມຈິງນີ້, ພວກເຮົາສາມາດເວົ້າໄດ້ວ່າໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສຈະເຄື່ອນທີ່ແບບແປເທົ່ານັ້ນ. ຫຼັງຈາກອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສໃໝ່ຈະເຄື່ອນທີ່ແບບໝູນວຽນ. ໃນອຸນຫະພູມສູງ, ໂມເລກຸນອາຍແກັສຈະຊົນກັນເພື່ອໃຫ້ອະຕອມສັ່ນສະເທືອນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການເຄື່ອນໄຫວທັງສາມປະເພດນີ້ແມ່ນດຳເນີນເປັນໄລຍະ, ທຳອິດແມ່ນການເຄື່ອນທີ່ແບບແປ (ອຸນຫະພູມຕໍ່າ), ຫຼັງຈາກນັ້ນແມ່ນການແປ + ການໝູນ (ອຸນຫະພູມປານກາງ) ແລະ ການແປ + ການໝູນ + ການສັ່ນສະເທືອນຄັ້ງສຸດທ້າຍ (ອຸນຫະພູມສູງ). ການເຄື່ອນທີ່ແບບສັ່ນສະເທືອນຈະເກີດຂຶ້ນພຽງແຕ່ຖ້າໂມເລກຸນອາຍແກັສຊົນກັນ.

ກໍລະນີແບບນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ເກີດຂຶ້ນກັບອາຍແກັສໄຮໂດເຈນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງເກີດຂຶ້ນກັບອາຍແກັສອື່ນໆນຳອີກ. ຈາກການທົດລອງທີ່ດຳເນີນໂດຍນັກວິທະຍາສາດ, ຄວາມສາມາດຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສຍັງມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະປ່ຽນແປງໄປຕາມອຸນຫະພູມ. ການປ່ຽນແປງທີ່ເກີດຂຶ້ນແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບການປ່ຽນແປງທີ່ເກີດຂຶ້ນກັບອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ, ແຕ່ເນື່ອງຈາກໂຄງສ້າງໃນແຕ່ລະອາຍແກັສແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ (ຈຳນວນ ແລະ ປະເພດຂອງອະຕອມແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ), ການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມສາມາດຄວາມຮ້ອນຍັງເກີດຂຶ້ນໃນລະດັບອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນພະລັງງານຮ່ວມກັນລະບຸວ່າພະລັງງານທັງໝົດຕ້ອງຖືກແບ່ງອອກເທົ່າໆກັນສຳລັບແຕ່ລະລະດັບຄວາມເສລີ. ພະລັງງານເພີ່ມເຕີມທີ່ໄດ້ຮັບຈາກໂມເລກຸນອາຍແກັສບໍ່ໄດ້ຖືກແຈກຢາຍເທົ່າໆກັນສຳລັບແຕ່ລະລະດັບຄວາມເສລີ ແຕ່ຖືກແບ່ງອອກເທື່ອລະກ້າວ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ສົມຜົນຂອງຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນໂມເລກຸນຂອງອາຍແກັສທີ່ພວກເຮົາໄດ້ມາຕາມທິດສະດີໂດຍອີງໃສ່ທິດສະດີການເຄື່ອນທີ່ຂອງອາຍແກັສ,

ລະບຸວ່າຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນແມ່ນຂຶ້ນກັບ R (1/2 R ສຳລັບແຕ່ລະລະດັບຄວາມເສລີ). ຄວາມຈຸຄວາມຮ້ອນຂອງໂມເລກຸນຍັງໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກອຸນຫະພູມ (T).

ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າ, ທຳອິດ, ທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນເທົ່າກັນແມ່ນມາຈາກກົນຈັກສະຖິຕິແບບຄລາສສິກ, ເຊິ່ງອີງໃສ່ກົດໝາຍຂອງກົນຈັກນິວຕັນ. ອັນທີສອງ, ທິດສະດີການເຄື່ອນທີ່ຂອງອາຍແກັສທີ່ພວກເຮົາໃຊ້ໃນການອະທິບາຍການເຄື່ອນທີ່ຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສກໍ່ອີງໃສ່ກົດໝາຍຂອງກົນຈັກນິວຕັນ. ເນື່ອງຈາກທິດສະດີການແບ່ງສ່ວນເທົ່າກັນຂອງພະລັງງານ ແລະ ທິດສະດີການເຄື່ອນທີ່ຂອງອາຍແກັສໄດ້ຖືກລະເມີດ, ສາມາດສະຫຼຸບໄດ້ວ່າກົດໝາຍກົນຈັກຂອງນິວຕັນບໍ່ສາມາດອະທິບາຍການເຄື່ອນທີ່ທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະດັບອະຕອມ ຫຼື ໂມເລກຸນ. ເວົ້າອີກຢ່າງໜຶ່ງ, ກົນຈັກນິວຕັນ ຫຼື ກົນຈັກແບບຄລາສສິກສາມາດອະທິບາຍການເຄື່ອນທີ່ຂອງສານຂະໜາດໃຫຍ່ເທົ່ານັ້ນ.