ทำไมเราไม่คำนึงถึงการหมุนและการสั่นสะเทือนของโมเลกุลของแก๊สต่อความดันของแก๊ส?
ในขณะที่พิจารณาหาวิธีคำนวณความดันของก๊าซในอุดมคติเราพิจารณาเฉพาะการแปลโมเลกุล ทำไมเราไม่คำนึงว่าโมเลกุลอาจหมุนและสั่นซึ่งอาจทำให้ความดันของก๊าซเปลี่ยนไปภายใต้การพิจารณา นี่คือลิงค์ของการได้มา
คำตอบ
"ก๊าซในอุดมคติ" เป็นศัพท์เฉพาะสำหรับ "แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคจุดที่มีมวลและการชน" ดังนั้นจึงเป็นการนิยามคำถามของคุณว่า "ไม่สามารถถามได้" แต่นั่นเป็นคำตอบที่ไม่น่าพอใจ
สำหรับก๊าซจริงคุณจะต้องรวมสิ่งอื่น ๆ เข้าด้วยกันเช่นปริมาตรของอนุภาคหรือการหมุนและการสั่น (สำหรับโมเลกุลของก๊าซ) สิ่งเหล่านี้นับเป็น "องศาอิสระ" เพิ่มเติมในกลศาสตร์ทางสถิติและสามารถพิจารณาได้โดยไม่ขึ้นกับส่วนประกอบของความเร็วตามแกน x, y และ z
สำหรับก๊าซโมเลกุลเมื่อคุณเพิ่มพลังงานอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น (และตามด้วยความเร็วของโมเลกุล) และที่อุณหภูมิหนึ่งโหมดการหมุนหรือการสั่นเหล่านั้นมีความสำคัญ
นี่คือกราฟของความร้อนจำเพาะ * (เช่นการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเมื่อคุณเพิ่มพลังงาน) ของไฮโดรเจนไดอะตอม:
โปรดทราบว่าที่อุณหภูมิต่ำโหมดการหมุนและการสั่นสะเทือนไม่สำคัญและกฎของก๊าซในอุดมคติจะทำงานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณปรับเปลี่ยนเล็กน้อยสำหรับปริมาตรของไฮโดรเจน) ที่อุณหภูมิสูงขึ้นกฎของก๊าซในอุดมคติจะทำให้คุณหลงทาง สิ่งที่น่าแปลกใจคือมันทำงานได้ดีแค่ไหนที่อุณหภูมิต่ำ
* ในทางเทคนิคคือความร้อนจำเพาะที่ปริมาตรคงที่
สำหรับก๊าซในอุดมคติเช่นจุดอย่างมวลการหมุนและการสั่นสะเทือนไม่สามารถกักเก็บพลังงานได้ สำหรับอุณหภูมิต่ำและโมเลกุลสมมาตรสิ่งนี้ก็เป็นจริงเช่นกันสำหรับก๊าซจริงซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่สังเกตได้
อย่างไรก็ตามสำหรับก๊าซจริงบางชนิดต้องคำนึงถึงการหมุนและการสั่นสะเทือนดูเช่น
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Heat_capacity_ratio