В реальном газе тепло переносится молекулярными колебаниями, а также поступательной скоростью?

Ответ прост: «посмотрите на теплоемкость».

Для простого одноатомного газа теплоемкость равна$\frac32 R$на моль. Для двухатомного газа это$\frac52 R$- потому что появляются две новые моды (вращения), которые могут быть возбуждены и содержат энергию... после чего принцип равнораспределения делает все остальное.

Обратите внимание, что двухатомный газ не имеет теплоемкости$\frac72 R$как и следовало ожидать, если бы вращение вокруг своей оси или вибрация вокруг своей оси участвовали в накоплении энергии. Причина в том, что эти моды квантованы, и что тепловых энергий недостаточно, чтобы перевести разумную часть молекул в более высокое энергетическое состояние. Таким образом, предположения, которые входят в принцип равнораспределения, не применяются, и теплоемкость отражает это.

Если у вас есть более сложные молекулы, вы можете получить определенные моды изгиба, которые будут возбуждаться легче — они способны действовать как резервуары тепловой энергии и будут влиять на теплоемкость. Для таких газов ответ будет «да».

Отметим, что для воды существенным дополнительным усложнением является образование водородных связей между молекулами при более низких температурах; это сказывается, в частности, на теплоемкости воды в жидком виде (теплоемкость изменяется с температурой для жидкой воды и в меньшей степени для пара). Согласно этой таблице , теплоемкость пара действительно увеличивается с температурой. Это говорит о том, что формы вибрации становятся более важными по мере повышения температуры. Это еще более очевидно в отношении теплоемкости жидкой воды : сначала она почти ровная и составляет 4,2 кДж/кг/К, а при температуре около 260 °C она возрастает до 5 кДж/кг/К, а затем быстро до 10 кДж/кг/К. около 250 °С.

Обо всем этом есть хорошая запись в википедии , где утверждается, что энергетический интервал колебательных мод обратно пропорционален приведенной массе молекулы: это означает, что «тяжелые» двухатомные молекулы (такие как$\rm{Br_2}$) имеют возбужденную колебательную моду, а более легкие - нет. Идеализированный график зависимости теплоемкости водорода от температуры (из http://theory.physics.manchester.ac.uk/~judith/stat_therm/node81.html , авторство которого предоставлено П. Эйландом из Университета Нового Южного Уэльса). ... но я не смог найти оригинал) выглядит так:

показывая, что теплоемкость сначала увеличивается, когда вращательные моды доступны для равнораспределения энергии, и что колебательные моды следуют при некоторой (намного) более высокой температуре.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Теплоемкость пара при 100°С составляет 27,5 Дж/моль/К, что составляет около 3,3 Р. Она остается около этого значения до тех пор, пока не будет достигнута Т=700°С, где она повышается до 3,5 Р, а затем до 1000°С. C, где это почти 4,0 R. В случае молекулы, подобной воде, существуют степени свободы, связанные с изгибом. Здесь есть хороший обзор режимов изгиба воды ; ИК-спектроскопия — это обычный способ исследования этих мод, и на странице приведены диаграммы мод колебаний, а также волновые числа этих мод:

Волновые числа трех мод даны как 3657/см, 1595/см, 3756/см (значения меняются в зависимости от давления, состояния - так что они очень приблизительны). Сейчас$\rm{1 ~cm^{-1} = 1.24\cdot 10^{-4} ~eV}$поэтому энергия, связанная с этими модами, составляет 0,45, 0,20, 0,47 эВ соответственно. При комнатной температуре средняя энергия на степень свободы равна$\rm{\frac12 kT = 0.0125 ~eV}$(эмпирическое правило: kT = 1/40 эВ при комнатной температуре). Это означает, что вероятность возбуждения этих режимов довольно мала, и что$\nu_2$(симметричный изгиб) мода будет возбуждаться первой при повышении температуры.

Предполагая, что система находится в тепловом равновесии, вы ищете равнораспределение энергии , которое утверждает, что каждая возможная степень свободы в молекуле содержит одинаковое количество энергии после достижения равновесия. Это верно только для степеней свободы, которые зависят от квадратичных членов.

Если вы посетите хороший вопрос на Chemistry.SE , они исследуют, относится ли это к колебательным модам. Колебательная мода содержит два квадратичных члена и, следовательно, действительно содержит часть энергии, когда все находится в равновесии. Фактически, он содержит больше энергии, чем поступательная и вращательная моды, потому что он имеет два квадратичных члена вместо одного.