Soojusliikumine (0)

SOOJUSLIIKUMINE
Molekulide arvu ühes moolis aines annab Avogadro arv N A = 6.02 10 23 mool -1.
Mool on ainehulk , milles sisalduvate struktuurielementide arv võrdub 0.012 kg nukliidi 12C aatomite arvuga.
Sellise hulga osakeste liikumist saab kirjeldada vaid statistiliselt. Saab anda tõenäosuse, et hetkel t on osakese asukoht punktis P, ja tõenäosuse, et samal hetkel on tema kiirus v .
Enamasti pole molekulide paiknemine mingil hetkel oluline. Erandiks on vast juhud, kui meil on vaja arvutada ühe aine difusiooni teise sisse. Küll aga on oluline teada molekulide jaotust kiiruste järgi, sest molekulide liikumise kiirus on otseselt seotud keha temperatuuriga.
Soojusliikumine toimub aine eri faasides erinevalt.
Ideaalne gaas : · molekule on palju ja nad on ühesugused · molekuli mõõtmed on väga palju väiksemad molekulidevahelisest keskmisest kaugusest · molekulid on pidevas liikumises · molekulidevahelised põrked on elastsed · põrgetevaheline tee on sirgjooneline
Reaalses gaasis liiguvad molekulid praktiliselt samamoodi nagu ideaalses gaasis, s.o. kaootiliselt.
Vedelikes ja tahketes kehades ei saa molekulid vabalt liikuda , sest nad paiknevad üksteise lähedal ja mõjutavad üksteist.
Tahkes kehas võnguvad kristallvõres paiknevad molekulid tasakaaluasendi ümber, mis on praktiliselt paigal.
Ka vedelikes võnguvad molekulid tasakaaluasendi ümber, aga tasakaaluasendid võivad üksteise suhtes liikuda. Sellest tekib vedelike voolavus .
Mingis ruumiosas oleva ideaalse gaasi molekulide jaotus kiiruse järgi ehk Maxwelli jaotus avaldub valemiga
dN = Nf (v) dv kus N on osakeste üldarv ja dN on osakeste arv, mis liiguvad kiirusega vahemikus v ja v+dv. Funktsiooni f(v) nimetatakse tõenäosustiheduseks ja see avaldub valemiga
3 m 2 - mv 2 f (v) = 4 v 2e 2 kT 2kT kus m on ühe molekuli mass, T on keskkonna temperatuur ja k on Boltzmanni konstant: k = 1.38 10-23 J/K
Joonise a-osas on näidatud Maxwelli jaotuse tõenäosustihedus kolmel eri temperatuuril. Jooniselt on näha, et temperatuuri tõusuga suureneb nende molekulide osakaal, mille kiirus on suur.
Joonise b-osa selgitab tõenäosustiheduse olemust. Nimelt annab viirutatud osa v1 ja v2 vahel tõenäosuse, et molekuli kiirus asub selles vahemikus. Teisisõnu, kui molekulide koguarv on N, siis nende molekulide arv, mille kiirus asub v1 ja v2 vahel, on v2
N f (v)dv v1
Teine viirutatud osa vA lähedal annab tõenäosuse, et molekuli kiirus on suurem kui vA. Järelikult molekulide arv, mille kiirus on suurem kui vA, on N f (v)dv vA Kogu kõvera alune pindala on 1: f (v)dv = 1 . See tähendab, et kõikide molekulide - arv kokku, mis liiguvad kõikvõimalike kiirustega, tuleb N.
Seega: · on olemas antud tingimustele vastav molekulide kõige tõenäosem kiirus · on palju molekule, mis liiguvad hoopis aeglasemalt või kiiremini Näiteks toatemperatuuril on molekulide kõige tõenäosem kiirus olenevalt ainest 300...500 m/s, aga on molekule, mille kiirus on vaid mõni m/s ja ka neid, mille kiirus on mõnisada km/s.
Kui meil on olemas N molekuli, siis saame arvutada molekulide kiiruste keskväärtuse. v + v + ...vN v= 1 2 N
Teine suurus, mida kasutatakse molekulaarfüüsikas, on ruutkeskmine kiirus II v12 + v22 + ...v N2 v = N
Ruutkeskmine kiirus on tihedasti seotud absoluutse (ehk Kelvini) temperatuuriga: II m(v ) 2 T= 3k
II m (v ) 2 Et ühe molekuli keskmine kineetiline energia on , siis Boltzmanni 2 konstant seob omavahel molekulide soojusliikumise kineetilise energia ja absoluutse (Kelvini) temperatuuri.
Kelvini ja Celsiuse temperatuuriskaalade vahel valitsevad järgmised seosed: 0°K = - 273.15°C 0°C = 273.15°K
Fahrenheiti skaala: 0 F = - 18 C 0 C = 32 F
Umbkaudne valem, mis seob omavahel Fahrenheiti ja Celsiuse skaalasid: tF = 1.8 tC + 32