Я полностью понимаю, что средняя энергия каждой степени свободы в термодинамической системе равна (1/2)kT и что мы не рассматриваем спин вокруг оси симметрии в многоатомной молекуле, поскольку атомы разбросаны по сравнению с размером ядра, так что момент инерции становится значительно малым для вращения вокруг собственной оси, и эта энергия не будет сравнима со свободой вращения.
Но почему бы нам не рассмотреть его для одноатомных газов, так как согласно закону равнораспределения каждой степени свободы была бы дана одинаковая энергия и, таким образом, чтобы компенсировать это, увеличилась бы угловая скорость?
PS: Пожалуйста, старайтесь избегать квантовой физики и т. д., если это возможно.
Если мы избегаем квантовой механики, то спина не существует, поэтому его не нужно рассматривать :)
А если серьезно, то рассмотрение спина в учебниках по базовой статистической физике лишь излишне усложнит обсуждение — помните, что эти тексты предназначены для обучения студентов статистической физике, а не для представления теоретических исследований реальных явлений.
Хорошая практическая причина, по которой спином можно пренебречь, состоит в том, что в отсутствие магнитного поля спиновые состояния вырождены, поэтому перераспределение энергии между ними тривиально и не нуждается в специальном рассмотрении. Более того, многие одноатомные газы имеют нулевой полный спин (часто основное состояние является синглетным).
Однако, если присутствует магнитное поле, возможно, придется учитывать вращение - возможно, люди, разбирающиеся в астрофизике или плазме, могли бы привести соответствующие примеры.
Обновление
В комментариях было отмечено и уточнено в отредактированном вопросе, что суть вопроса заключается не в спине отдельных частиц, а в угловом моменте молекул (который состоит из механического углового момента молекулы в целом и спины составляющих частиц). В этом отношении классическая статистическая механика рассматривает атомы как точечные объекты или, в лучшем случае, сферически-симметричные объекты, так что направлением углового момента в термодинамических расчетах все же можно пренебречь.
Существующую асимметрию, возможно, придется учитывать на уровне, где играет роль внутренняя структура атомов, т. е. там, где важны переходы между атомными энергетическими уровнями. В качестве примера можно рассмотреть термодинамическое состояние газа в разрядной лампе или газовом лазере. Опять же, такие случаи не учитываются в базовой статистике. учебники по физике, и довольно легко лечатся после освоения основ.
Дело в том, что для того, чтобы атомы приобрели значительное количество вращательной энергии, они должны столкнуться с другими атомами весьма специфическим образом. Конечно, все атомы могутимеют ту же вращательную энергию, что и линейная энергия. Они могут даже все иметь только вращательную энергию без линейной энергии. Точно так же они могут иметь только линейную энергию. Однако это очень маловероятно из-за природы столкновений между атомами, при которых происходит обмен только значительным количеством энергии вращения, если они сталкиваются по касательной, и для того, чтобы столкновения передавали атомам значительное количество энергии вращения, столкновения должны происходить в одно и то же относительное (к направлению вращения) направление каждый раз, когда они сталкиваются, что крайне маловероятно. Вращательное движение не учитывается для определения температуры одноатомного газа. Для двухатомного газа учитывается только вращательное движение, связанное с осями, перпендикулярными оси, соединяющей атомы (вы сказали, что понимаете это).
Я прекрасно понимаю, почему мы не рассматриваем спин вокруг оси симметрии в многоатомной молекуле.
По той же причине не учитывается энергия вращения отдельных атомов (вращение двухатомного вещества вокруг оси длины двухатомного вещества включает только вращение атома). Почему эти обороты не учитываются? По той же причине, что и для одиночных атомов.
Когда атомы имеют линейную скорость , то скорость вращения на поверхности атома может быть не более , максимальная относительная скорость между двумя атомами. В этом случае атомы имеют вращательную энергию , что почти равно кинетической энергии. Однако вероятность того, что эта ситуация реализуется, очень мала.
Это из-за предположения о симметрии одноатомной газовой частицы.
Проще говоря, если одноатомный газ «вращается», то состояние после вращения неотличимо от исходного состояния.
Павел. Б.
Дешеле Шильдер
Анна В
Анна В
my2cts
my2cts
Бхану Киран
Бхану Киран
Бхану Киран
Дешеле Шильдер
Дешеле Шильдер
Дешеле Шильдер
Дешеле Шильдер
Дешеле Шильдер
Биофизик