41. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.

Молекулы газа, находясь в состоянии хаотического движения, непрерывно сталкиваются друг с другом. Введем определение средней длины свободного пробега молекул. Каждая, отдельно взятая молекула, между двумя последовательными соударениями проходит различные пути, но в среднем, в связи с огромным числом молекул, и их непрерывным хаотичным движением, можно говорит о средней длине свободного пробега молекул - <l>.

Минимальное расстояние, на которое сближаются при столкновении центры двух молекул, называется эффективным диаметром – d 

Он зависит от скорости сталкивающихся молекул, т.е. от температуры газа (несколько уменьшается с ростом температуры).

Итак, за 1 секунду, молекула проходит в среднем путь, равный средней арифметической скорости <υ>, и если <z> - среднее число столкновений, испытываемых одной молекулой за 1 с, то среднюю длину свободного пробега можно рассчитать по формуле:

41. Явления переноса (диффузия, теплопроводность), внутреннее трение.

Диф­фу­зия – это са­мо­про­из­воль­ное вза­им­ное про­ник­но­ве­ние мо­ле­кул од­но­го ве­ще­ства в про­ме­жут­ки между мо­ле­ку­ла­ми дру­го­го.

Теплопередача — это изменение внутренней энергии без совершения работы: энергия передается от более нагретых тел к менее нагретым.

Теплопередача бывает трех видов: 

теплопроводность (непосредственный обмен энергией между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел или частей одного и того же тела); 

конвекция (перенос энергии потоками жидкости или газа)

излучение (перенос энергии электромагнитными волнами).

Мерой переданной энергии при теплопередаче является количество теплоты ( ).

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) — одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.

41. Внутренняя энергия.

Внутренняя энергия — это величина, характеризующая собственное состояние тела, т.е. энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, ионов) и энергия взаимодействия этих частиц

Внутренняя энергия одноатомного идеального газа определяется по формуле

41. .

Внутренняя энергия тела может изменяться только в результате его взаимодействия с другими телами. Существует два способа изменения внутренней энергии: теплопередача и совершение механической работы (например, нагревание при трении или при сжатии, охлаждение при расширении).

41. Число степеней свободы молекулы. Закон равномерного распределения энергии по степеням свободы.

Числом степеней свободы материального объекта называют число независимых координат, которые необходимо задать, чтобы однозначно определить положение этого объекта относительно рассматриваемой системы отсчета.

Например, положение материальной точки в пространстве определяется тремя координатами x, y, z, следовательно, материальная точка обладает тремя степенями свободы

Tеорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы:

Если система молекул находится в тепловом равновесии при температуре T, то средняя кинетическая энергия равномерно распределена между всеми степенями свободы и для каждой поступательной и вращательной степени свободы молекулы она равна:

kT/2.

Если рассматриваются и колебательные степени свободы, то для каждой колебательной степени свободы молекулы средняя кинетическая энергия равна kT, так как колебательное движение связано с наличием не только кинетической, но и потенциальной энергии, причем для малых (гармонических) колебаний среднее значение потенциальной энергии равно среднему значению кинетической. Поэтому на каждую колебательную степень свободы приходится: