Какой механизм на микроскопическом уровне определяет, нагревается система или нет?

При помещении в обычную или микроволновую печь стакан с водой нагревается, за исключением случаев кипения (т. е. фазового перехода, связанного со скрытой теплотой). Теперь предположим, что система поглощает энергию таким образом, что электроны возбуждаются до более высоких энергетических уровней. Это обязательно нагреет систему? Другими словами, вызван ли нагрев электронами или атомами в объекте, возбужденными до более высоких энергетических уровней?

Ответы (3)

Уровень энергии микроволнового фотона придает вращательную кинетическую энергию молекулам воды за счет взаимодействия электромагнитного поля с дипольной молекулой воды. Кинетическая энергия вращения впоследствии рандомизируется, чтобы увеличить среднюю поступательную кинетическую энергию молекул, увеличивая температуру молекул воды. Уровни микроволновой энергии значительно ниже тех, которые необходимы для возбуждения электронов на более высокие уровни.

Обычная духовка готовит на инфракрасной электромагнитной энергии. Энергетический уровень фотона соответствует молекулярному колебанию. Эти энергетические уровни также слишком низки для электронного возбуждения.

Надеюсь это поможет

В тостере, безусловно, используется излучение, но я бы сказал, что печь для выпечки пирогов также использует теплопроводность и конвекцию.
@psitae Что ты хочешь сказать? Будь то проводимость, конвекция, излучение (микроволновое или инфракрасное), ни одно из них не готовится за счет возбуждения электронов.
Зачем упоминать фотоны в этом контексте?

В случае с микроволновой печью молекулы воды в пище заставляют вибрировать. Молекулы воды представляют собой крошечные электрические диполи, которые заставляют вибрировать сильнее. Молекулы остаются в основном электронном состоянии.

Что происходит в обычных печах/горелках? Для осуществления нагрева необходимым условием является то, что система должна поглощать энергию. Чтобы это произошло, должна существовать связь между средой, поставляющей энергию, и системой, которая ее поглощает. В примере с микроволнами это электромагнитная микроволна, которая связана с дипольным моментом молекул воды.
Уровень энергии микроволнового фотона вызывает вращение, а не колебание дипольных молекул воды. Энергия вибрации выше, чем энергия фотонов микроволновой печи. Хорошее объяснение взаимодействия излучения с материей можно найти на веб-сайте гиперфизики.
@BobD «Фотон» здесь ничего не объясняет. Электрическое поле поляризует ориентацию диполя, которая релаксирует, когда поле снова выключается. Поле меняет направление 2,45 ⋅ 10 9 раз в секунду, так что это становится заметным как тепло.
@Pieter При всем уважении, энергия фотонов объясняет, почему микроволновое и инфракрасное излучение не возбуждают электроны, что приводит к приготовлению пищи, что, как я думал, интересовало ОП. Это также объясняет, почему электрическое поле в килогерцовом диапазоне не вызывает вращения молекул.

Тепло, содержащееся в системе, можно рассматривать как полную кинетическую энергию системы. Ответ my2cts правильный, но я добавлю, что если вы возбудите электрон до более высокого энергетического уровня, это действительно во многих случаях вызовет нагрев (см., Например, FRET ).

Трение между молекулами воды и остальной частью системы заставляет вещи нагреваться в микроволновой печи. В обычной печи это прямая передача кинетической энергии от горячего воздуха.

Домашнее задание: нагреется ли что-нибудь в микроволновке, если в нем нет воды?

Теплота – это передача энергии от одного вещества к другому исключительно за счет разницы температур между ними. Системы не «содержат» тепло. Вы не можете думать о тепле как о полной кинетической энергии системы. Правильным термином для полной кинетической энергии (плюс потенциальная энергия) является внутренняя энергия.
@BobD это правильно. Я отредактирую свой ответ.
Какой механизм на микроскопическом уровне определяет, нагревается система или нет?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v