Предположим, я помещаю цилиндр, наполненный идеальным газом, в поезд, который начинает движение. Увеличится ли кинетическая энергия молекул газа? Повысится ли при этом температура газа?
Дополнительные подробности: этот вопрос возникает из книги, которую я читал, в которой говорится, что
Движение молекул действительно случайно. Другими словами, предполагается, что центр масс газа покоится, а любое вращение вокруг центра масс считается отсутствующим. Любое систематическое движение пробы газа не влияет на температуру.
Кинетическая энергия действительно зависит от общего движения, как видно из формулы . Наивно глядя на определение температуры, , где — среднеквадратичная скорость молекул газа, можно (ошибочно) считать, что температура ведет себя точно так же.
Однако существует различие между кинетической энергией и температурой: температура определяется по приведенной выше формуле только при строгих условиях; а именно, распределение скоростей внутри газа должно быть изотропным. В движущемся поезде скорости всех молекул газа увеличиваются по направлению движения. Распределение скоростей уже не является изотропным, и поэтому температуру газа нельзя определить, как указано выше. Только в той системе отсчета, где распределение скорости газа изотропно (т. е. с точки зрения наблюдателя, стоящего в поезде), можно определить температуру. По этим рассуждениям температура должна быть величиной, не зависящей от системы отсчета, так как условия ее измерения требуют наличия инерциальной системы отсчета по отношению к газу.
Шашаанк