Почему молекулы газа движутся с разной скоростью при данной температуре?

Насколько я понимаю, мы знаем, что молекулы идеального газа идентичны во всех аспектах (размер, форма, масса). Поскольку столкновения носят упругий характер, они не теряют своей кинетической энергии. Это означает, что кинетическая энергия каждой молекулы не меняется со временем. Как же тогда молекулы движутся с разной скоростью, несмотря на то, что обладают одинаковой массой и кинетической энергией?

Рассмотрим упругое столкновение между движущимся и неподвижным объектом. После этого оба будут двигаться (при одинаковой массе и ударе вне центра), поэтому кинетическая энергия каждой частицы может измениться.
@jasper, вопрос ОП предполагает, что все частицы изначально имеют одинаковую энергию, поэтому стационарных частиц не будет.
@S.McGrew просто войдите в систему отсчета, которая движется вместе с одним из них до взаимодействия.
@S.McGrew Когда две частицы с одинаковыми скоростями (и одинаковой массой) сталкиваются лоб в лоб, после столкновения остаются две неподвижные частицы.
@Pieter не для упругих столкновений, иначе энергия не сохранялась бы.
@pieter, попробуй на бильярдном столе. Частицы остановятся, только если столкновение неупругое .
@ S.McGrew Да, я не совсем правильно думал об условиях проблемы. Но если есть внутренние степени свободы (например, вращения), кинетическая энергия может быть передана, и распределение будет очень быстро термализовано.
Очень верно. Однако снова ОП постулирует идеальный газ: никаких внутренних степеней свободы, абсолютно упругие столкновения.
@ S.McGrew ОП говорил о молекулах. Они имеют вращательные степени свободы. И размер был упомянут, так что газ все равно не может быть действительно идеальным.

Ответы (2)

Вот это недоразумение:

Поскольку столкновения носят упругий характер, они не теряют своей кинетической энергии.

Только в центре масс двух сталкивающихся частиц энергии столкновений равны и противоположны, а не в лабораторной системе вмещающего ящика. Когда кто-то помещает все «одинаковые молекулы идеального газа», это означает «молекулы», а не вектор энергии импульса каждой молекулы в лабораторной системе координат ящика. Когда они помещаются в ящик, они будут иметь среднюю кинетическую энергию в зависимости от температуры. , но будет распределение возможных энергий и импульсов. Упругий центр масс столкновений отдельных пар будет трансформироваться обратно в лабораторию с разными энергиями из-за углов рассеяния.

Ситуация становится еще хуже, из-за перетекания электрических полей молекул, столкновения квантово-механически допускают излучение, излучение черного тела , которое в конечном итоге понизит температуру до равновесия с температурой снаружи ящика.

Это хороший вопрос. Упругие столкновения между изолированными частицами действительно сохранят энергию и импульс. Но подумайте об этом: предположим, что импульсы частиц до столкновения неизвестны: они известны только в некотором диапазоне. Подумайте об этом некоторое время, и вы поймете, что неопределенность растет с каждым столкновением. Распределение Больцмана — это ситуация, когда эти изменения неопределенности достигают равновесия для большого числа частиц с заданной полной энергией.

Интересен принцип неопределенности, но можем ли мы сказать, что иногда столкновения неупругие, т.е. электроны меняют энергетические уровни в молекуле и это может быть причиной разброса скоростей? (А может, в этом и заключается неуверенность?)
Почему молекулы газа движутся с разной скоростью при данной температуре?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v