Середня кінетична енергія

Кінетична енергія являє собою ту енергію, яка визначається швидкістю руху різних точок, що належать цій системі. При цьому слід розрізняти енергію, яка характеризує поступальний рух і рух обертальний. При цьому, середня кінетична енергія - це середня різниця між сукупною енергією всієї системи та її енергією спокою, тобто, по суті, її величина є середньою величиною потенційної енергії.

Її фізична величина визначається за формулою 3/2 кТ, в якій позначені: Т - температура, k - константа Больцмана. Ця величина може служити своєрідним критерієм для порівняння (еталоном) для енергій, укладених в різних типах теплового руху. Наприклад, середня кінетична енергія для молекул газу при дослідженні поступального руху, дорівнює 17 (- 10) нДж при температурі газу 500 С. Як правило, найбільшою енергією при поступальному русі володіють електрони, а ось енергія нейтральних атомів і іонів і значно менше.

Дана величина, якщо ми розглядаємо будь-який розчин, газ або рідину, що знаходиться при даній температурі, має постійне значення. Таке твердження справедливо і для колоїдних розчинів.

Трохи інакше йде справа з твердими речовинами. У цих речовинах середня кінетична енергія будь-якої частинки занадто мала для того, щоб подолати сили молекулярного тяжіння, а тому вона може тільки здійснювати рух навколо якоїсь точки, яка умовно фіксує певне рівноважне положення частинки протягом тривалого відрізка часу. Це властивість і дозволяє твердому речовині бути досить стійким за формою і обсягом.

Якщо ми розглядаємо умови: поступальний рух і ідеальний газ, то тут середня кінетична енергія не є величиною, залежною від молекулярної маси, а тому визначається як значення, прямо пропорційне значенню абсолютної температури.

Всі ці судження ми привели з тією метою, щоб показати, що вони справедливі для всіх типів агрегатних станів речовини - в будь-якому з них температура виступає в якості основної характеристики, що відбиває динаміку та інтенсивність теплового руху елементів. А в цьому полягає сутність молекулярно-кінетичної теорії та зміст поняття теплового рівноваги.

Як відомо, якщо два фізичних тіла приходять у взаємодію один з одним, то між ними виникає процес теплообміну. Якщо ж тіло являє собою замкнуту систему, тобто не взаємодіє ні з якими тілами, то його теплообмінний процес буде тривати стільки часу, скільки буде потрібно для вирівнювання температур цього тіла і навколишнього середовища. Такий стан називають термодинамічним рівновагою. Цей висновок багаторазово був підтверджений результатами експериментів. Щоб визначити середню кінетичну енергію, слід звернутися до характеристик температури даного тіла і його теплообмінних властивостей.

Важливо також враховувати, що мікропроцеси всередині тіл не закінчуються і тоді, коли тіло вступає в термодинамічна рівновага. У цьому стані всередині тіл відбувається переміщення молекул, зміна їх швидкостей, удари і зіткнення. Тому виконується тільки одне з декількох наших тверджень - об`єм тіла, тиск (якщо мова йде про газ), можуть різнитися, але от температура все одно залишатиметься величиною постійною. Цим ще раз підтверджується твердження, що середня кінетична енергія теплового руху в ізольованих системах визначається виключно показником температури.

Цю закономірність встановив в ході дослідів Ж. Шарль в 1787 році. Проводячи досліди, він зауважив, що при нагріванні тіл (газів) на однакову величину, тиск їх міняється відповідно до прямо пропорційним законом. Це спостереження дало можливість створити багато корисних приладів і речей, зокрема - газовий термометр.