Теплоемкость - многоатомный газ
Cтраница 2
 |
Модели молекул. а - одноатомной. б-двухатомной. в - трех4. [16] |
Хорошее согласие теоретических и экспериментальных значений теплоемкости многоатомных газов доказывает справедливость сделанного при выполнении расчетов предположения о равном распределении энергии по степеням свободы движения. Такое распределение энергии по степеням свободы строго доказывается в моле-кулярнс-кинетической теории и называется законом равнораспределения. [17]
В классической кинетической теории газов для вычисления энергии и теплоемкости многоатомных газов используют закон равномерного распределения энергии по степеням свободы, согласно которому вследствие частых и беспорядочных столкновений газовых молекул происходит постоянное перераспределение энергии, в результате чего на каждую степень свободы приходится одна и та же доля всей энергии. [18]
Теплоемкость одноатомного газа не зависит от температуры, чего нельзя сказать о теплоемкости многоатомного газа. [19]
Итак, квантовый характер поглощения анергии молекулами приводит к вымерзанию вращательных степеней свободы ( и уменьшению теплоемкостей многоатомных газов) при низких температурах и к, возбуждению колебательных степеней свободы ( и увеличению темплоемкостей многоатомных газов) при высоких температурах. [20]
Итак, квантовый характер поглощения энергии молекулами приводит к вымерзанию вращательных степеней свободы ( и уменьшению теплоемкостей многоатомных газов) при низких температурах и к возбуждению колебателп ных степеней свободы ( и увеличению теплоемкостей многоатомных газов) при высоких температурах. [21]
Изложенные только что соображения о возможном числе степеней свободы молекул позволяют истолковать приведенные выше экспериментальные данные о теплоемкости многоатомных газов. [22]
Итак, квантовый характер поглощения энергии молекулами приводит к вымерзанию вращательных степеней свободы ( и уменьшению теплоемкостей многоатомных газов) при низких температурах и к возбуждению колебателп ных степеней свободы ( и увеличению теплоемкостей многоатомных газов) при высоких температурах. [23]
Из экспериментальных данных известно, что величина теплоемкости одноатомных газов, например гелия или паров ртути, весьма близка к теоретической величине в большом диапазоне температур. Величина теплоемкости многоатомных газов составляет примерно 5 кал / С / г-моль при весьма низких температурах и возрастает с увеличением температуры, достигая теоретического значения при 2000 С и выше. Экспериментальные данные также показывают, что теплоемкость таких соединений не достигает максимальной величины при этой температуре, а продолжает при дальнейшем повышении температуры медленно возрастать и превышает теоретическое значение. [24]
Кроме того, теплоемкости этих газов при разных температурах различны, в то время как теплоемкости одноатомных газов не зависят от температуры. Не имея возможности изложить здесь теорию теплоемкостей многоатомных газов, мы на примере водорода и кислорода выясним характер зависимости теплоемкости двухатомных газов от температуры, а затем изложим основные идеи квантовой теории этого явления. [25]
 |
Изменение коэффициента Эйкена с температурой при низком давлении. [26] |
Из рис. 10.1 также следует, что группа kM / iCv - f, известная как коэффициент Эйкена, значительно меньше 2 5 для иных, неодноатомных газов. До сих пор рассматривалась только энергия поступательного движения; поскольку теплоемкость многоатомных газов часто значительно выше теплоемкостей одноатомных газов, существенная доля молекулярной1 энергии может быть связана не с энергией поступательного движения, а с другими ее формами. [27]
Из формул ( 20) и ( 24) следует, что молярные теплоемкости Cv Ср постоянны и не зависят от температуры. Однако непосредственные измерения показали, что это справедливо лишь для одноатомных газов. Теплоемкости многоатомных газов остаются приблизительно постоянными только при температурах, мало отличающихся от нормальной. При высоких температурах теплоемкости оказываются большими, а при низких - меньшими теоретически вычисленных значений. Таким образом, при низких температурах происходит как бы вымерзание вращательных степеней свободы, а при высоких температурах, наоборот, - возбуждение каких-то новых степеней свободы. [28]
Обычно в многоатомных молекулах частоты разбросаны в весьма широком интервале. По мере повышения температуры классический предел для более низких частот достигается ранее, чем начинают возбуждаться более высокие частоты. Поэтому на отдельных интервалах температуры теплоемкость многоатомных газов остается постоянной. В действительности, однако, многоатомные молекулы распадаются при более низких температурах. [29]
Классическая теория теплоемкостей газов приводит к серьезным расхождениям с опытными данными. Прежде всего теория приводит к выводу о независимости теплоемкости от температуры, в то время, как данные экспериментов показывают, что для всех веществ, в том числе и для газов, теплоемкость растет с увеличением температуры, а при достаточно низких термодинамических температурах быстро убывает с понижением температуры и стремится к нулю при Г - 0 К. Классическая теория теплоемкостей дает заниженные значения теплоемкостей многоатомных газов по сравнению с опытными данными при средних и высоких температурах. [30]
Страницы: 1 2 3