Γιατί είναι η μοριακή ειδική θερμότητα του διατομικού αερίου συνήθως μεγαλύτερη από αυτό το μονο-ατομικό αέριο;
βαθμοί ελευθερίας
* ΜΟΝΟΤΑΜΙΚΑ ΑΕΡΙΑ: Αυτά τα αέρια έχουν μόνο μεταφραστικούς βαθμούς ελευθερίας, που σημαίνει ότι μπορούν να κινηθούν σε τρεις διαστάσεις (x, y και z). Αυτό τους δίνει 3 βαθμούς ελευθερίας.
* διατομικά αέρια: Τα διατομικά αέρια έχουν πρόσθετους βαθμούς ελευθερίας:
* Μετάφραση: Μπορούν επίσης να κινηθούν σε τρεις διαστάσεις (3 μοίρες).
* περιστροφική: Μπορούν να περιστρέφονται περίπου δύο άξονες κάθετα στον άξονα που συνδέει τα δύο άτομα (2 μοίρες).
* Δονητική: Τα δύο άτομα μπορούν να δονείται κατά μήκος του άξονα που τα συνδέουν (1 βαθμός). Αυτός ο βαθμός ελευθερίας συχνά δεν είναι πλήρως ενεργός σε τυπικές θερμοκρασίες.
Ειδική θερμότητα και βαθμοί ελευθερίας
Η συγκεκριμένη θερμότητα είναι ένα μέτρο της περιόδου ενέργειας για την αύξηση της θερμοκρασίας μιας ουσίας κατά ένα ορισμένο ποσό. Όσο περισσότεροι βαθμοί ελευθερίας έχει ένα μόριο, τόσο περισσότεροι τρόποι μπορούν να αποθηκεύουν ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι ένα διατομικό αέριο απαιτεί περισσότερη ενέργεια για να αυξήσει τη θερμοκρασία του από ένα μονοατομικό αέριο.
Το θεώρημα Equipartition
Το θεώρημα εξισορρόπησης δηλώνει ότι, κατά μέσο όρο, κάθε βαθμός ελευθερίας συνεισφέρει 1/2 kt ενέργειας σε ένα μόριο (όπου το k είναι η σταθερά του Boltzmann και το T είναι η θερμοκρασία). Αυτό σημαίνει:
* Μονοατομικό αέριο:3 βαθμοί ελευθερίας, έτσι μέση ενέργεια =(3/2) kt.
* Διατομικό αέριο:5 βαθμοί ελευθερίας (αγνοώντας τις δονήσεις), έτσι μέση ενέργεια =(5/2) kt.
Θερμοκρασία και δονήσεις
Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, ο δονητικός βαθμός ελευθερίας γίνεται πιο ενεργός, συμβάλλοντας στην ικανότητα αποθήκευσης ενέργειας ενός διατομικού αερίου. Αυτό αυξάνει περαιτέρω τη συγκεκριμένη θερμότητα.
Συνοπτικά
Τα διατομικά αέρια έχουν περισσότερους βαθμούς ελευθερίας από τα μονοατομικά αέρια, επιτρέποντάς τους να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια και να οδηγούν σε υψηλότερη μοριακή ειδική θερμότητα.
