Сярэдняя кінэтычная энергія

Кінэтычная энергія ўяўляе сабой тую энергію, якая вызначаецца хуткасцю руху розных кропак, якія належаць гэтай сістэме. Пры гэтым варта адрозніваць энергію, якая характарызуе паступальны рух і рух вярчальны. Пры гэтым, сярэдняя кінэтычная энергія - гэта сярэдняя рознасць паміж сукупнай энергіяй ўсёй сістэмы і яе энергіяй спакою, гэта значыць, у сутнасці, яе велічыня з'яўляецца сярэдняй велічынёй патэнцыйнай энергіі.

Яе фізічная велічыня вызначаецца па формуле 3/2 кт, у якой пазначаныя: Т - тэмпература, k - канстанта Больцмана. Гэтая велічыня можа служыць своеасаблівым крытэрыем для параўнання (эталонам) для энергій, зняволеных у розных тыпах цеплавога руху. Да прыкладу, сярэдняя кінэтычная энергія для малекул газу пры даследаванні паступальнага руху, роўная 17 (- 10) нДж пры тэмпературы газу 500 С. Як правіла, найбольшай энергіяй пры паступальным руху валодаюць электроны, а вось энергія нейтральных атамаў і іёнаў і значна менш.

Дадзеная велічыня, калі мы разглядаем любы раствор, газ або вадкасць, змешчаную пры дадзенай тэмпературы, мае сталае значэнне. Такое сцвярджэнне справядліва і для коллоідных раствораў.

Некалькі інакш ідзе справу з цвёрдымі рэчывамі. У гэтых рэчывах сярэдняя кінэтычная энергія любой часціцы занадта малая для таго, каб пераадолець сілы малекулярнага прыцягнення, а таму яна можа толькі здзяйсняць рух вакол нейкай кропкі, якая ўмоўна фіксуе пэўны раўнаважкі становішча часціцы на працягу доўгага адрэзку часу. Гэта ўласцівасць і дазваляе цвёрдым рэчыву быць досыць устойлівым па форме і аб'ёму.

Калі мы разглядаем ўмовы: паступальны рух і ідэальны газ, то тут сярэдняя кінэтычная энергія не з'яўляецца велічынёй, залежнай ад малекулярнай масы, а таму вызначаецца як значэнне, прама прапарцыянальнае значэнні абсалютнай тэмпературы.

Усе гэтыя меркаванні мы прывялі з той мэтай, каб паказаць, што яны справядлівыя для ўсіх тыпаў агрэгатных станаў рэчыва - у любым з іх тэмпература выступае ў якасці асноўнай характарыстыкі, якая адлюстроўвае дынаміку і інтэнсіўнасць цеплавога руху элементаў. А ў гэтым палягае сутнасьць малекулярна-кінетычнай тэорыі і змест паняцця цеплавога раўнавагі.

Як вядома, калі два фізічных цела прыходзяць ва ўзаемадзеянне адзін з адным, то паміж імі ўзнікае працэс цеплаабмену. А калі цела ўяўляе сабой замкнёную сістэму, гэта значыць не ўзаемадзейнічае ні з якімі целамі, то яго цеплаабменны працэс будзе доўжыцца столькі часу, колькі спатрэбіцца для выраўноўвання тэмператур гэтага цела і навакольнага асяроддзя. Такі стан называюць тэрмадынамічнай раўнавагі. Гэтая выснова шматкроць быў пацверджаны вынікамі эксперыментаў. Каб вызначыць сярэднюю кінэтычную энергію, варта звярнуцца да характарыстыках тэмпературы дадзенага цела і яго цеплаабменных уласцівасцяў.

Важна таксама ўлічваць, што микропроцессы ўнутры тэл не сканчаюцца і тады, калі цела ўступае ў тэрмадынамічнай раўнавагі. У гэтым стане ўнутры тэл адбываецца перасоўванне малекул, змена іх хуткасцяў, ўдары і сутыкненні. Таму выконваецца толькі адно з некалькіх нашых сцвярджэнняў - аб'ём цела, ціск (калі гаворка ідзе пра газ), могуць адрознівацца, але вось тэмпература ўсё роўна будзе заставацца велічынёй сталай. Гэтым яшчэ раз пацвярджаецца зацвярджэнне, што сярэдняя кінэтычная энергія цеплавога руху ў ізаляваных сістэмах вызначаецца выключна паказчыкам тэмпературы.

Гэтую заканамернасць усталяваў у ходзе доследаў Ж. Шарль ў 1787 годзе. Праводзячы досведы, ён заўважыў, што пры нагрэве тэл (газаў) на аднолькавую велічыню, ціск іх змяняецца ў адпаведнасці з прама прапарцыйным законам. Гэта назіранне дало магчымасць стварыць шмат карысных прыбораў і рэчаў, у прыватнасці - газавы тэрмометр.