Как молекулы газа постоянно отскакивают, не теряя энергии?

Из связанного с этим вопроса ( как газ под давлением постоянно толкает? ) я спросил себя: как молекулы газа постоянно отскакивают друг от друга, не теряя энергии?

Если вы уроните мяч, он подпрыгнет несколько раз, но высота каждого отскока будет становиться все короче и короче. Потому что он теряет энергию при каждом прыжке.

Поэтому я не понимаю, как сжатый газ не теряет энергию. Насколько я понимаю, давление — это проявление множества молекул, отскакивающих друг от друга. Так не должно ли со временем давление падать, когда молекулы теряют скорость? и в конце концов все молекулы осядут кучкой на полу.

Я думаю, что это можно сформулировать иначе: как упругие столкновения не теряют энергии при обмене? Мое понимание 2-го закона термодинамики заключается в том, что некоторая энергия всегда «теряется», когда она преобразуется из одной формы в другую или передается от одного объекта к другому. То есть никакая передача/преобразование энергии никогда не бывает на 100% эффективнее.

Строго говоря, идеально упругих столкновений между атомами и молекулами не бывает. Некоторая часть энергии/импульса будет преобразована в фотоны. Итак, в действительности реальный газ в идеально изолированном объеме всегда состоит из двух газов: газа, состоящего из массивных частиц, и газа, состоящего из фотонов. Два компонента будут находиться в термодинамическом равновесии друг с другом. Однако плотность энергии в фотонном газе обычно настолько мала, что не имеет значения для целей термодинамики в масштабе «комнатной температуры».
Поэтому я просто подставил числа в формулу плотности энергии фотонного газа. ты "=" π 2 к 4 15 с 3 ℏ 3 Т 4 , и если не ошибаюсь, то при 300К плотность энергии ок. 10 − 16 Дж / м 3 . Это означает, что около 10000 * 300 К плотность энергии фотонного газа возрастает до 1 Дж / м 3 а при 30 млн К это уже 10 , 000 Дж / м 3 . Учитывая плотность энергии в магнитных термоядерных реакторах, это огромные количества (учитывая тот факт, что этот фотонный газ также улетает со скоростью света!), и физика термоядерного реактора должна очень тщательно контролировать потерю энергии из-за фотонов.

Ответы (3)

Как указано в комментариях к вопросу, в реальных газах (в отличие от идеальных газов, которые просто упруго подпрыгивают) существуют как упругие, так и неупругие рассеяния, контролируемые квантово-механическими взаимодействиями.

Генерируются фотоны, что приводит к тому, что мы называем излучением черного тела , и изолированный объем газа теряет энергию в соответствии с законом Стефана Больцмана .

закон Стефана-Больцмана гласит, что полная энергия, излучаемая на единицу площади поверхности черного тела на всех длинах волн в единицу времени (также известная как мощность излучения черного тела или мощность излучения), прямо пропорциональна четвертой степени черного тела. термодинамическая температура тела T:

Стефанбольцманн

Таким образом, газ действительно теряет энергию, если температура окружающего его вещества ниже.

В ответ на

Я думаю, что другой способ сформулировать это так: как упругие столкновения не теряют энергию при обмене

Упругое означает взаимодействие двух частиц, при котором до и после кинетическая энергия сохраняется. Если предположить, что для этого разброса существуют только кинетические энергии (как в идеальном газе), то энергия сохраняется, потому что то, что одна частица теряет, другая приобретает. Если есть другие формы энергии, которые могут способствовать взаимодействию двух частиц, то сохраняется полная энергия. В случае с бильярдными шарами трение классически должно учитываться при энергетическом балансе, то же самое и с прыгающим шаром, и кинетическая энергия перестает быть полной энергией системы. Для частиц в газе это квантово-механическая структура, описанная выше.

Самый простой возможный ответ состоит в том, что в закрытой системе состояние с самой низкой энтропией — это состояние, в котором температура (статистически) однородна.

Когда мяч каждый раз отскакивает все ниже, он теряет кинетическую энергию. Это результат внутреннего трения — кинетическая энергия преобразуется во внутренний нагрев.

Когда два атома неупруго отскакивают друг от друга, куда девается энергия? Я могу представить два механизма.

Первый – это отопление . В таком случае один из атомов должен получить энергию, потому что именно так сохраняется «тепло» в веществе...

Другим механизмом может быть электромагнитное излучение . Кое-что из этого действительно происходит — это излучение черного тела, как объясняется в ответе Анны В. Это излучение взаимодействует со стенками сосуда — если стенки имеют ту же температуру, что и газ, то обратно вернется такое же количество излучения, как было испущено, и оба остаются в тепловом равновесии (другими словами, еще один фотон где-то в другом месте). переносит энергию обратно в газ). Если стенки не имеют одинаковой температуры, то температура газа со временем будет меняться из-за взаимодействия между стенками и газом - они будут стремиться к равновесию.

В заключение - энергии некуда "теряться". А так это не...

Как молекулы газа постоянно отскакивают, не теряя энергии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v