Cách xác định khí đơn nguyên tử hay lưỡng nguyên tử

Cách Xác Định Khí Đơn Nguyên Tử Hay Lưỡng
Nguyên Tử
a.)Khí đơn nguyên tử: (Ví dụ: Hêli, Nêon, Argon )
Phân tử khí loại này chỉ gồm một nguyên tử. Ta coi chúng là chất điểm. Ðộng năng chỉ
có ở chuyển động tịnh tiến. Ðộng năng ứng với chuyển động quay coi như không có.
Cho một bình có chứa N phân tử:


Nhiệt năng của khí: Với 1kmol khí, ta có N=N0 (số
Avôgađrô)
Với khí lý tưởng thì chuyển động tịnh tiến thực hiện theo 3 phương: Ox, Oy, Oz vuông
góc với nhau.
Phân tích vận tốc C ra 3 thành phần trên 3 trục hướng theo 3 phương ấy, ta có:
( ba thành phần của động năng)
+vì không có phương nào ưu tiên hơn phương nào, nên ta có:
mà nên
Mỗi thành phần động năng trung bình ứng với giá trị: 1/2kT.
+việc phân chia động năng của phân tử làm 3 thành phần độc lập, liên quan tới ciệc xem
phân tử như là một chất điểm có 3 bậc tự do.
Số bậc tự do của một cơ hệ là số tọa độ độc lập cần thiết để xác định vị trí và cấu hình
của hệ trong không gian.
Vậy: giá trị các thành phần động năng trung bình chuyển động nhiệt của 1 phân tử đơn
nguyên tử bằng nhau và bằng 1/2kT.
Ta suy diễn thêm: nếu phân tử còn có một số bậc tự do khác, thì ứng với mỗi bậc tự do
này, thành phần động năng trung bình vẫn là 1/2kT.
Từ đó ta phát biểu định luật sau:
Ðịnh luật: Nếu hệ các phân tử ở trạng thái cân bằng nhiệt động, tại nhiệt độ T, thì động
năng trung bình phân bố đều theo bậc tự do, ứng với mỗi bậc tự do của phân tử, động năng trung
bình là 1/2kT.
Ðây là định luật phân bố đều năng lượng theo bậc tự do, gọi là định luật Bôndơman (của
vật lý học cổ điển).

b.)Khí lưỡng nguyên tử: Phân tử gồm 2 nguyên tử, ở cách nhau khoảng d. Nếu d không
đổi ta có phân tử rắn chắc.
Gọi M là khối tâm của hệ 2 nguyên tử ấy.
Vị trí và cấu hình phân tử được xác định bởi:
-3 bậc tự do của khối tâm M, xác định chuyển động tịnh tiến của phân tử coi như toàn bộ.
-3 bậc tự do xác định chuyển động quay khả dĩ của phân tử quanh 3 trục: Ox, Oy, Oz.
Phép quay quanh trục Ox, ở nhiệt độ thường không xảy ra. Chỉ còn lại 2 phép quay quanh Oy và
Oz, ứng với 2 bậc tự do.

Vậy: phân tử lưỡng nguyên tử rắn chắc có 5 bậc tự do.

Ðộng năng phân tử gồm động năng chuyển động tịnh tiến và động
năng quay:

Nếu bình chứa N phân tử khí thì:


Với 1kmol khí N=N0
c.)Phân tử đa nguyên tử: (liên kết rắn chắc)
Mỗi phân tử có 3 bậc tự do chuyển động tịnh tiến và 3 bậc tự do chuyển động quay (trừ
trường hợp các nguyên tử đều nằm trên một đường thẳng).
Như trên ta đã có năng lượng chuyển động nhiệt:

E=3NkT
Với 1 kilômol khí thì N=N0 (số Avôgađrô)
E
0
=3N
0
kT=3RT (J/Kmol)

Bi chú: Trường hợp liên kết không rắn chắc thì với n nguyên tử, ta cần có 3n bậc tự do.
Trong điều kiện thường, đa số phân tử đều rắn chắc. Ta không xét kĩ vấn đề này.