Uživatel:Jakuba Škrdla/Úvahy/Teorie tepla 10

Dosud jsme se zabývali pouze základy kinetické teorie.Kdybychom měli probrat všechny její nejdůležitější aplikace našli bychom jich tolik,že se o všech zde prostě hovořit nedá.

Měrné teplo

Kinetická teorie nám například umožňuje vysvětlit měrné teplo plynů.Představme si "jednoatomový"plyn,v němž se všechny atomy pohybují jednotlivě a nevytvářejí molekuly,jako je tomu u vzácného plynu helia.Zahříváním zde dosáhneme pouze toho,že změníme rychlost pohybu atomů.Kinetické energii (3/2)kTje proto rovna celá tepelná energie,kterou jsme plynu udělili.Chceme-li zjistit nožství tepla,které v takovém plynu je znásobíme (3/2)kT počtem atomů.

"Měrné teplo",které je dáno přírůstkem energie při zvýšení teploty o jeden stupeň je (3/2k na atom.

Použijeme-li však plynu,jehož molekuly mají více než jeden atom,pak molekuly nejen že konají posuvný pohyb,ale jsou ještě schopny otáčet se kolem svých středů.Toto otáčení vzniká zpravidla srážkami s jinými molekulami.S ním rovněž souvisí kinetická energie.Chceme-li zjistit jak je velká,musíme na srážky těchto molekul mezi sebou a na výměnu energie mezi rotační energií a energii postupného pohybu celé molekuly použít statistických hledisek.

Stupně volnosti

Odpověď na tuto otázku zní,že

KINETICKÁ ENERGIE JE STEJNÁ PRO KAŽDÝ STUPEŇ VOLNIOSTI.

Dva způsoby určení mechanického problému

1.Pohybové rovnice se doplní údaji o poloze a počátečním pohybu předmětu,neboli počátečními podmínkami.

2.Pohybové rovnice doplníme údaji jak pohyb začíná a kde má zkončit,neboli mezními podmínkami.

K URČENÍ MECHANICKÉHO PROBLÉMU JSOU POTŘEBA PŘÍRODNÍ ZÁKONY A PŘÍRODNÍ PODMÍNKY.

Obecná zásada

Dělení na pohybové rovnice a mezní podmínky se opakuje ve všech odvětvích fyziky.Mezi mezní podmínky patří i stupně volnosti.

Známe-li pohybové rovnice a stupně volnosti můžeme vypočítat minulý i budoucí pohyb tělesa.Nepočítáme-li s otáčením tělesa.pohyb tělesa lze určit třemi čísly.To souvisí s tím,že prostor je trojrozměrný a k určení jeho polohy jsou potřeba tři čísla.K určení pohybu tenké tyče je třeba pět čísel nepřihlížíme-li k otáčení.Je to tím,že známe délku tyče.K určení jednoho jejího konce jsou potřeba tři čísla.K určení jejího druhého konce stačí dva úhly.Jeden svírá tyč se zvolenou přímlou.Druhý svírá rovina obsahující tuto přímku a tyč se zvolenou rovinou obsahující tu zvolenou přímku.

Atom a střed

Atom se nedokáže otáčet kolem svého středu,dokáže ale vytvořit dvouatomovou molekulu,třeba kyslíku nebo dusíku, a ta se již dokáže otáčet kolem svého středu třeba srážkami s ostatními molekulami v plynu,i když se nedokáže otáčet kolem své osy,protože to by se musela otáčet kolem středu atomů.

Dvojí afinita atomů

Atomy mají afinitu k tvorbě molekul,která fascinovala Mendělejeva a vedla ho k vytvoření své slavné TBULKY CHEMICKÝCH PRVKŮ.A jednak mají atomy afinitu k tvorbě útvarů,které jsou schopny otáčet se kolem svých středů na rozdíl od atomů,které to nadokáží.

Průměrná kinetická energie molekul je (3/2)kT.Počítáme s tím,že molekula je těleso,které má tři stupně volnosti,protože pohyb tělesa má tři stupně volnosti,nepočítáme-li s jeho otáčením.A protože každému stupni volnosti přísluší stejná kinetická energie,platí,že

KAŽDÉMU STUPNI VOLNOSTI MOLEKULY V PLYNU PŘÍSLUŠÍ ENERGIE (1/2)kT.

Dvouatomové molekuly,třeba molekuly kyslíku nebo vzduchu,se podobají tuhé tyči,avšak bez možnosti otáčet se kolem své osy,protože to by znamenalo otáčení atomů kolem svých středů..Tyto dvouatomové molekuly se moohu otáčet pouze kolem svých středů.

Tato dvouatomová molekula má tedy pět stupnů volnosti a její energie by se tedy měla rovnat (5/2)kT.Jinými slovy měrné teplo kyslíku nebo vzduchu by se mělo rovnat 5/3k měrného tepla helia.Bylo zjištěno,že tomu skutečně tak je.

Obdoba

Hmota nemůže sama sebe přitahovat.Může pouze působit na prostor a ten může pak ovlivňovat jeji pohyb.

Obdobně atom se nemůže sám otáčet kolem svého středu.Může pouze vytvářet objekty,které se již kolem svého středu otáčet mohou.

[Fyzika] [Filosofie]