ガスの圧力に対するガス分子の回転と振動を考慮してみませんか?

Aug 19 2020

理想気体の圧力を計算する方法の導出を行う際、分子の並進のみを考慮します。分子が回転して振動し、検討中のガスの圧力が変化する可能性があることを考慮に入れてみませんか?これが派生のリンクです

回答

3 WillCross Aug 19 2020 at 21:53

「理想気体」は「質量と衝突を伴う点粒子を含む数学モデル」の専門用語であるため、質問を「尋ねられない」と定義しますが、それは満足のいく答えではありません。

以下のために実際のガス、あなたは他の粒子の体積のようなもの、または(分子ガスのための)回転と振動を含めることを得ます。これらは、統計力学では追加の「自由度」としてカウントされ、x、y、およびz軸に沿った速度の成分とは無関係に考えることができます。

分子ガスの場合、エネルギーを追加すると温度が上昇し(それに伴い、分子の速度も上昇します)、特定の温度では、これらの回転モードまたは振動モードが重要になります。

これは、二原子水素の比熱*(つまり、エネルギーを追加したときの温度変化)のグラフです。

ソース

低温では、回転モードと振動モードは重要ではなく、理想気体の法則は驚くほどうまく機能することに注意してください(特に水素の体積に合わせて少し変更した場合)。高温では、理想気体の法則はあなたを迷わせます。驚くべきことは、それが低温でどれほどうまく機能するかです。

*技術的には一定体積での比熱

2 HartmutBraun Aug 19 2020 at 17:22

理想気体、たとえば質量のような点の場合、回転と振動はエネルギーを蓄えられません。低温で対称分子の場合、これは観測事実として実在気体にも当てはまります。

ただし、一部の実在気体では、回転と振動を考慮する必要があります。たとえば、

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity_ratio