Идеальный двухатомный; трехатомный; четырехатомный газ находится в закрытом сосуде при очень низкой температуре, когда вращательные степени свободы не возбуждены. Средняя энергия одной молекулы при этом равна Дж. Во сколько раз увеличится средняя энергия

Добавлена: 30.04.2026
Обновлена: 30.04.2026
Предмет: Физика
Автор: Кэмп

#Молекулярная физика
#Статистическая физика

Условие:

Идеальный двухатомный; трехатомный; четырехатомный газ находится в закрытом сосуде при очень низкой температуре, когда вращательные степени свободы не возбуждены. Средняя энергия одной молекулы при этом равна $\left\langle E_{1}\right\rangle=2 \cdot 10^{-21}$ Дж. Во сколько раз увеличится средняя энергия молекулы А) при возбуждении всех вращательных степеней свободы без возбуждения колебательных степеней свободы. Температура при этом увеличилась в 2 раза. Б) при возбуждении всех вращательных и колебательных степеней свободы. Температура при этом увеличилась в 3 раза.

Решение:

Исходные данные. При очень низкой температуре возбуждены только поступательные (3 степени свободы). Средняя энергия одной молекулы тогда определяется как
E₀ = (3/2)·kT₀ = 2·10⁻²¹ Дж.
При последующем повышении температуры и возбуждении дополнительных степеней свободы средняя энергия становится
E = (f/2)·kT,
где f – число степеней свободы, а T – соответствующая температура.

Поскольку k в обоих случаях одно и то же, для нахождения во сколько раз увеличивается энергия удобно рассчитать отношение E/E₀.

Рассмотрим два случая, отдельно для каж...