Удельная теплоемкость газов
Сравните ваше решение задачи 8 с экспериментальным значением удельной теплоемкости гелия, равным 0,74 г. Предсказания и эксперимент согласуются очень хорошо. Измеряемое значение одно и то же при всех температурах, как это следует из вычислений. Следовательно, наша теория хорошо оправдывается.
Найдем теперь аналогичные данные для водорода. Если вместо 4 иг гелия мы возьмем 2 кг водорода в этом же объеме, то получим, что удельная теплоемкость должна быть около 1,5. Экспериментальное значение совершенно другое — около 2,5. Таким образом, наша теория продержалась недолго. Это расхождение оказывается полезным для новой теории. Получаемое из статистической механики равномерное распределение энергии в общем случае касается не только кинетической энергии движения. Оно утверждает только, что «средняя кинетическая энергия у всех молекул одинакова».
Оно поровну наделяет энергией все независимые типы, движений молекулы. Для атомов гелия, которые мы представляли в виде крошечных круглых шариков, хаотическое движение можно разбить на три независимые компоненты: движение вверх — вниз, вперед — назад и влево — вправо в направлениях х, у и z. Это — поступательное движение молекул, поэтому энергию его мы называем поступательной кинетической энергией. Равномерное распределение энергии говорит нам, что энергия в среднем складывается из трех равных долей поступательного движения. Сумма этих трех долей должна давать полную кинетическую энергию, которая равна 3/2 РV. Следовательно, на каждую долю поступательной энергии приходится 1/2 PV. Но в молекулу водорода входят два атома Н—Н, и она, кроме Того что движется как целое, может еще вращаться наподобие гантели (фиг» 63), т, е. обладать и вращательной энергией. У такой гантели, вообще говоря, имеются три независимые оси вращения. Однако вращение вокруг третьей оси (оси гантели) возбудить при соударениях слишком трудно. Таким образом, необходимо учитывать две доли вращательной энергии, кроме трех долей поступательной, каждая из которых равна 1/2 PV. Следовательно, при расчете теплоемкости водорода надо иметь в виду, что теплота расходуется на увеличение не только поступательной,, но и вращательной энергии, т. е. вместо трех долей нужно учитывать пять. Его удельная теплоемкость поэтому должна быть в 5/3 раза больше наших предсказаний, 5/3 (1,5)=2,5, тогда согласие о экспериментальным результатом 2,40 оказывается очень хорошим.
Автор Эрик Роджерс
Физика для любознательных”
Применение тормозного ремня для измерения мощности
ДРУГИЕ НАШИ ПРОЕКТЫ