Разница между звуком и теплом на уровне частиц

Теплота соответствует беспорядочному движению атомов и молекул. Он путешествует только за счет проводимости - медленно. Звук состоит из упорядоченных движений, распространяющихся в среде как волна (хотя он может и стоять на месте, как в стоячей волне). Большое количество атомов или молекул движется вперед и назад синхронно. Звук в конечном итоге становится случайным, поскольку он рассеивается во многих направлениях и в конечном итоге заканчивается теплом.

Качественное представление о том, что происходит в газе, может быть сделано с точки зрения того, является ли поведение случайным или неслучайным, колебательным или установившимся.

Температура описывает беспорядочные движения частиц, составляющих некий объект. Корреляции, если они есть, быстро исчезают с расстоянием между частицами. В идеальном газе корреляций не существует, и точка.

Звук и газовый поток (например, ветер) не случайны. Поведение между частицами коррелирует, и эти корреляции не исчезают так быстро, как с температурой. Разница между звуком и ветром заключается в том, что в случае звука поведение является колебательным, а в случае ветра - устойчивым.

Если тепло (или тепловая энергия) — это колебания частиц, а звук — это волна, которая распространяется через среду, например, колебания частиц воздуха…

Это одно предложение показывает ряд недоразумений.

Написание «тепло (или тепловая энергия)» представляет собой одно из таких недоразумений. Не путайте тепло и тепловую энергию! У объектов есть тепловая энергия, но у них нет «тепла».

Рассмотрим, что происходит, когда объект переводится из некоторого начального термодинамического состояния в некоторое конечное термодинамическое состояние. Изменение термодинамической энергии объекта зависит только от начального и конечного состояний. То, как объект переходит из начального состояния в конечное, не имеет значения, когда речь идет об энергии. Это не относится к теплу и работе. Здесь путь от начального состояния к конечному состоянию определяет, осуществляется ли передача энергии в форме работы, тепла или того и другого. Ошибочно говорить, что объекты содержат «тепло» (или «работу», если уж на то пошло), потому что работа и тепло являются величинами, зависящими от пути.

Следующая проблема — «вибрация частиц». Хотя именно так нужно смотреть на твердое тело, чтобы понять температуру, это не дает хорошей картины газа. Концепция идеального газа — это правильное место для понимания термодинамического поведения газа. Почти идеальные газы имеют очень маленькие частицы. Происходят столкновения частиц со стенками сосуда с газом; все такие столкновения упругие. Идеальные газы имеют очень маленькие частицы; в идеале они представляют собой точечные массы. Точечные массы не сталкиваются друг с другом. Они сталкиваются только со стенками контейнера.

Эта простая картина идеального газа дает очень простое описание температуры и давления как следствие средней скорости точечных масс, составляющих газ. Хотя это предположение о точечных массах нереалистично, иногда оно может быть удивительно точным. Кинетическая теория может быть до некоторой степени расширена для описания реальных газов, в которых частицы не являются точечными массами. Лучше всего начать свои исследования с идеального газа, а затем отбросить некоторые из этих чрезмерно упрощенных предположений. Большинство вводных текстов по физике, основанной на исчислении, и вводных текстов по химии, основанных на исчислении, делают именно это.

Нет большой разницы. Тепловые колебания воспринимались бы как звук (шум), если бы они были достаточно интенсивными, но это не так. Амплитуды тепловых колебаний при комнатной температуре настолько малы, что ухо к ним не чувствительно.

Мне говорили, что уровень звукового давления для тепловых колебаний близок, но ниже порога слышимости, и что эволюция шла таким образом, чтобы повсюду подавлять то, что было бы шумом. Я не могу это проверить... может быть, это миф.