Термодинамическое равновесие молекулы

Следует отметить, что при термодинамическом равновесии молекул в нормальном состоянии больше, чем возбужденных в раз, в результате интенсивность сток-сового рассеяния во столько же раз больше антистоксового. Поэтому при проведении КР-спектрального анализа, как правило, используется стоксово излучение. [c.219]

Формулы (4.5) —(4.7) находятся в согласии с одним из результатов, полученных в 3.5 в условиях термодинамического равновесия, т.е. при одинаковой температуре, средняя энергия колебания атомов твердого тела = ЗТ вдвое выше средней энергии поступательного движения молекул газа Uf = AT. В 3.5 мы установили также, что среднее значение любого вклада в энергию, квадратичного по одной из координат или по одной из компонент импульса частицы, в равновесном состоянии одно и то же. При нормальных условиях величина этого вклада Uq дается формулой [c.77]

Установленные Эйнштейном соотношения (211.13) между коэффициентами Атп, Впт и Втп имеют совершенно общий характер и применимы к любым квантовым системам (атомы, молекулы, ионы и т. п.). Хотя в ходе рассуждений мы говорили об атомах, но фактически подразумевалось только существование стационарных состояний с дискретными значениями энергий. Разумеется, представления о трех радиационных процессах применимы и к таким источникам, которые не находятся в состоянии термодинамического равновесия. [c.737]

При вычислении коэффициента поглощения для совокупности молекул необходимо еще учитывать их статистическое распределение по колебательным уровням. Согласно квантовой теории при термодинамическом равновесии число молекул, находящихся на колебательном уровне с энергией Еу, будет определяться формулой Больцмана [c.104]

Учитывая условия, существующие в плазме при локальном термодинамическом равновесии, можно выразить заселенность верхнего уровня через температуру Т плазмы, квантовые числа уровней и вращательную постоянную Вц, определяемую моментом инерции данной молекулы. Тогда выражение (5.22) можно представить в виде [c.245]

Положение о существовании температуры может быть сформулировано также следующим образом. В 1 мы установили, что равновесное состояние термодинамической системы характеризуется внешними и внутренними параметрами, причем внутренние параметры зависят от положения и движения молекул системы и значений внешних параметров. Положение же о существовании температуры устанавливает, что состояние термодинамического равновесия определяется совокупностью внешних параметров и температурой . [c.19]

Под действием ударов молекул частица движется в разных направлениях, в том числе и снизу вверх. Броуновское движение частицы в направлении снизу вверх представляет собой кажущееся противоречие второму началу термодинамики (в его формальной феноменологической трактовке), так как при этом совершается работа против внешних сил (силы тяжести) при наличии одного источника теплоты — среды (газа или жидкости, находящихся в термодинамическом равновесии), а энтропия системы соответственно уменьшается. [c.95]

Эта особенность перегретых паров должна учитываться при составлении уравнения состояния их. Так как энергия связи молекул в группе больше средней кинетической энергии относительного движения молекул, то образовавшиеся в результате ассоциации группы должны быть сравнительно устойчивы и с достаточным основанием могут считаться как независимые частицы или молекулы газа, эквивалентные в кинетическом отношении одиночным или свободным молекулам. Рассматривая перегретый пар как совокупность свободных молекул и ассоциированных групп или комплексов, находящихся в термодинамическом равновесии, можно, воспользовавшись законами газовых смесей, компоненты которых взаимодействуют один с другим подобно химическим реагентам, получить уравнение состояния перегретых паров в виде [c.284]

Равновесным термодинамическим состоянием называется состояние тела, которое не изменяется во времени без внешнего энергетического воздействия. Параметры равновесного состояния во всей массе тела одинаковы и равны соответствующим параметрам внешней среды. В состоянии термодинамического равновесия исчезают всякие макроскопические изменения (диффузия, теплообмен, химические реакции), хотя тепловое (микроскопическое) движение молекул не прекращается. [c.6]

Применение первого закона термодинамики для потока имеет свою специфику. Состояние движущейся среды, в которой происходит перенос теплоты и совершается работа различных сил, в целом не является равновесным. Поэтому термодинамический анализ основывается на понятии локального термодинамического равновесия в качестве равновесных термодинамических систем рассматриваются макроскопические элементы среды — макрочастицы. Объем макрочастицы можно считать бесконечно малым по отношению к объему среды, но в то же время макрочастица содержит достаточное количество молекул (или других микрочастиц), чтобы характеризоваться определенными значениями термодинамических параметров, р, V, Т. [c.163]

Рассматривая реальный газ как совокупность свободных (т. е. одиночных) молекул и ассоциированных групп или комплексов, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, можно, воспользовавшись законами газовых смесей, составляющие которых взаимодействуют друг с другом подобно химическим реагентам, получить уравнение состояния реальных газов в виде [c.256]

Таким образом, мы приходим к заключению, что условием усиления электромагнитной волны ансамблем атомов является распределение в нем населенностей по энергетическим уровням, противоположное имеющему место обычно при термодинамическом равновесии. Число молекул на верхнем энергетическом уровне в отличие от распределения Больцмана должно быть больше, чем на нижнем. Это является основным условием работы всех типов квантовых усилителей и генераторов. В случае, когда V , будет меньше N , в ансамбле молекул в большей мере будут осуществляться переходы с нижнего уровня на верхний при поглощении фотонов, чем с верхнего на нижний. При этом ансамбль молекул будет являться поглощающей средой, ослабляющей проходящую через него электромагнитную волну. [c.8]

Подставляя (2-41) в функцию Максвелла (поскольку газ находится в состоянии термодинамического равновесия, то распределение молекул по скоростям описывается известной функцией Максвелла) и вводя упомянутую неизвестную заранее функцию длины волны /(Л), Вин получил, что в интервале длин волн - X + dVj на единицу объема содержится следующее количество энергии излучения [c.72]

Если же в системе происходит процесс теплообмена излучением, то состояние термодинамического равновесия, естественно, отсутствует н степени возбуждения атомов и молекул вещества будут отличаться от равновесного состояния. В связи с этим правомерно ожидать, что в принципе в этом случае излучение и поглощение вещества будут иными, чем в условиях термодинамического равновесия. Соответственно и величина собствен-82 [c.82]

Таким образом, излучательная и поглощательная способности 6,5 (—s) и j (s), строго говоря, равны друг другу лишь в условиях термодинамического равновесия. При наличии радиационного теплообмена качественный характер изменения обеих величин можно установить, исходя из следующих упрощенных представлений. Как отмечалось выше, процесс теплового излучения заключается в последовательном превращении кинетической энергии движения частиц вещества в энергию их возбужденного состояния и затем в испускаемую электромагнитную энергию. Обратный процесс поглощения излучения веществом сопровождается последовательным превращением электромагнитной энергии в энергию возбуждения атомов и молекул, а последняя затем превращается в кинетическую энергию их движения. В случае термодинамического равновесия результирующий обмен энергией отсутствует ( рез,у =0) и оба процесса (излучение и поглощение) в точности сбалансированы, а объемные плотности всех трех видов энергии (кинетической энергии движения частиц, энергии их 6 83 [c.83]

Разделение изотопов в газовой центрифуге основано на том, что при термодинамическом равновесии в потенциальном поле центробежных сил устанавливается равновесное распределение молекул по Максвеллу—Больцману, существенно зависящее от молекулярной массы. В равновесном состоянии концентрация легких моле <ул относительно выше вблизи оси, а концентрация тяжелых молекул — возле стенки ротора. Как и в методе газовой диффузии, исходная смесь изотопов для разделения в центрифуге должна быть газообразной (гексафторид урана). Метод газовых центрифуг называют также центробежным методом. [c.203]

Так как число молекул ортоводорода и параводорода в ходе установления термодинамического равновесия меняется, мы должны слагаемое Г 1п включить во вращательный, а не в поступательный химический потенциал. Согласно формуле Цг = — Т п 2гШ) имеем для /го [c.228]

При расчетах теплообмена излучением часто пользуются понятием о локальном термодинамическом равновесии, характеризующемся равновесными условиями распределения по энергетическим уровням атомов или молекул вещества при заданной температуре. Все радиационные характеристики элемента среды определяются при этом локальной температурой рассматриваемого элементарного объема, С такими условиями обычно сталкиваются на практике в тех случаях, когда электромагнитное поле, создаваемое вблизи тела посторонним источником излучения, слабо влияет на распределение по энергетическим уровням атомов или молекул вещества. Благодаря непрерывным колебаниям или столкновениям атомов и молекул вещества даже при поглощении некоторого количества энергии тело незначительно отклоняется от своего равновесного состояния. [c.9]

Отклонения от условий локального термодинамического равновесия обычно наблюдаются при быстро протекающих нестационарных процессах переноса энергии, а также при столь высоких интенсивностях падающего излучения, когда под его воздействием изменяются радиационные характеристики облучаемого тела. Отклонениями от условий локального термодинамического равновесия обычно сопровождается перенос энергии излучения в сильно разреженных газах, когда число столкновений молекул или атомов невелико для поддержания их равновесного распределения по энергетическим уровням. [c.9]

Для многоатомных газов необходимо учитывать внутреннюю энергию молекул, равномерно распределенную по степеням свободы в случае термодинамического равновесия. Поток внутренней энергии молекул на поверхность [c.326]

Если излучающий газ, занимающий объем v с граничной поверхностью F, находится в состоянии термодинамического равновесия, то нетрудно показать, что эффективная длина луча при малой оптической толщине среды имеет физический смысл средней длины пути пробега фотона (или молекулы в разреженном газе) до поверхности F. [c.531]

Если предположение о локальном термодинамическом равновесии неприменимо, то испускание излучения веществом становится функцией энергетических состояний молекул газа. [c.36]

Следовательно, условием усиления электромагнитной волны ансамблем атомов является распределение в нем населенностей по энергетическим уровням, противоположное имеющему место обычно при термодинамическом равновесии. Число молекул на верхнем энергетическом уровне в отличие от распределения Больцмана должно быть больше, чем на нижнем. Для осуществления этого условия, очевидно, необходимо предварительно подвергнуть ансамбль соответствующему воздействию, которое привело бы к должному перераспределению частиц по энергиям. Такого рода воздействие (накачка) в различных типах квантовых генераторов и усилителей осуществляется различными способами, например облучением ансамбля потоком фотонов или электронов и т. д. Если после накачки ансамбль частиц подвергнуть в каком-либо направлении облучению фотонов слабой интенсивности [c.9]

Вынужденное испускание. Гипотеза Эйнштейна относительно вынужденного испускания состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты V молекула может, во-первых, перейти с более низкого энергетического уровня Е1 на более высокий 2 с поглощением кванта энергии кх = Е2— 1 (рис. 35.1,6) и, во-вторых, перейти с более высокого уровня 2 на более низкий 1 с испусканием кванта энергии Ау = 2— ( (рис. 35.1, в). Первый процесс принято называть поглощением, второй — вынужденным (индуцированным или стимулированным) испусканием. Скорость каждого из этих процессов пропорциональна соответствующим вероятностям 12 и 21 , где 12 и 21 — коэффициенты Эйнштейна для поглощения и вынужденного испускания и — спектральная плотность излучения. Согласно принципу детального равновесия при термодинамическом равновесии число квантов света йп, поглощенных за время (11 при переходах / —>- 2, должно равняться числу квантов с1п2, испущенных в процессе обратных переходов 2- 1. Число поглощенных квантов согласно Эйнштейну пропорционально спектральной плотности радиации и и числу частиц П на нижнем уровне [c.269]

Заканчивая разговор о постоянной Больцмана, хочется еще раз подчеркнуть ее фундаментальное значение в науке. Она содержит в себе громадные пласты физики—атомистика и молекуля-рно-кинетическая теория строения вещества, сгатистическая теория и сущность тепловых процессов. Исследование энтропии открыло путь от технологии (тепловая машина) к космологии (направление времени и судьба Вселенной) [58]. Изучение необратимости тепловых процессов раскрыло природу физической эволюции, сконцентрировавшейся в замечательной формуле Больцмана 5=Л In W. Следует подчеркнуть, что положение, согласно которому замкнутая система рано шш поздно придет в состояние термодинамического равновесия, справедливо лишь для изолированных систем и систем, находящихся в стационарных внешних условиях. В нашей Вселенной непрерывно происходят процессы, результатом которых является изменение ее пространственных свойств. Нестационарнос гь Вселенной неизбежно приводит к отсутствию в ней статистического равновесия. Тепловая смерть не грозит Вселенной, ее судьбы определяют иные факторы, обусловленные гравитацией. [c.92]

На практике с релаксационными эфсректами встречаются во многих случаях. В газах, например, приходится учитывать, что время установления термодинамического равновесия, или что то же самое — время релаксации, существенно зависит от того, какой вид энергии движения молекул участвует в процессе. Для поступательного движения атомов время релаксации определяется отношением длины свободного пробега молекулы газа к средней скорости молекул и оказывается меньше времени релаксации для вращательного движения молекул. В свою очередь, это время меньше времени релаксации для колебательного движения атомов в молекулах, которое меньше времени релаксации для химических реакций между молекулами и т. д. [c.117]

Равновесным термодинамическим состоянияем называется состояние рабочего тела, которое не изменяется во времени без внешнего энергетического воздействия. Параметры равновесного состояния по всей массе рабочего тела одинаковы и равны соответствующим параметрам внешней среды. В состоянии термодинамического равновесия исчезают всякие макроскопические изменения (диффузия, теплообмен, химические реакции), хотя тепловое (микроскопическое) движение молекул не прекращается . Термодинамика изучает главным образом свойства систем, находящихся в равновесном состоянии. Последовательное изменение состояния рабочего тела, происходящее в результате его энергетического взаимодействия о окружающей его средой, называется термодинамическим процессом. В термодинамическом процессе обязательно изменяется хотя бы один параметр состояния. [c.10]

Иначе протекает парообразование в закрытом сосуде. Молекулы, вылетающие из жидкости, заполняют все пространство над поверхностью раздела фаз и не имеют возможности выйти из сосуда. Так же как и в разобранном выЕ1е случае, наступит состояние динамического равновесия (между паром и жидкостью), при котором концентрация молекул над поверхностью жидкости, а следовательно, и давление пара достигнут вполне определенного максимального значения и дальнейшее парообрагование прекратится. При этом пар находится в термодинамическом равковесии с жидкостью (давление и температура жидкости и пара имеют одинаковые значения). Пар, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкое пню, называют насыщенным паром. [c.156]

Классическим примером образования флуктуаций является так называемое броуновское движение, состоящее в непрерывном хаотическом движении малых твердых или жидких частиц, взвешенных в газе или жидкости. Броуновское движение возникает вследствие того, что сумма импульсов от ударов молекул среды (т. е. газа или жидкости) о поверхность малой твердой частицы не равна нулю и с течением времени изменяется по закону случая как по величине, так и по на-пpaвлeнч o. Под действием ударов молекул частица движется в разных направлениях, в том числе и снизу вверх. Броуновское движение частицы в направлении снизу вверх представляет собой кажущееся противоречие второму началу термодинамики (в его формальной термодинамической трактовке), так как при этом совершается работа против внешних сил (силы тяжести) при наличии лишь одного источника тепла— среды (газа или жидкости, находящихся в термодинамическом равновесии), а энтропия системы соответственно уменьшается.. [c.105]

Необходимо отметить некоторые недоразумения, которые встречались по поводу этого случая возбуждения в более старых литературных источниках, а именно иногда считалось, что термический характер возбуждения специфически связан с возбуждением при столкновениях нейтральных атомов и молекул, совершающих тепловое движение. Наличие в светящемся объеме свободных электронов или других заряженных частиц, как предполагалось, нарушает тепловой характер возбуждения. В действительности он обусловливается лишь наличием термодинамического равновесия независимо от того, при столкновении с какими частицами происходит возбуждение атомов. При этом обычно рассматриваются случаи неполного равновесия, в том смысле, что в источнике света отсутствует равновесие с излучением. Равновесие считается выполненным лишь по отношению к движению частиц всех сортов и их распределению по энергетическим уровням. Другими словами, считается, что частицы всех сортов движутся со скоростями, распределенными по закону Максвелла с одним и тем же значением температуры Г, и что они распределены по энергетическим уровням по закону Больцмана с той же температурой Т. Тогда, при одновременном отсутствии равновесия с излучением, интенсивность линий, для которых самопоглощение не играет заметной роли, выражается формулой (2). Излучатель, удовлетворяющий формуле (2), называется больцмановским излучателем. При возрастании оптической плотности, когда сказывается самопоглощение света, больцманов-ский излучатель начинает переходить в планковский излучатель. ) [c.428]

ЛОКАЛЬНОЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ — одно из осн. понятий термодинамики неравновесных процессов и механики сплошных сред, равновесие в очень малых (элементарных) объёмах среды, содержащих всё же столь большое число частиц (молекул, атомов, ионов и др.), что состояние среды в этих физически бесконечно малых объёмах можно характеризовать темп-poii Т х), хим. потенциалами [Xf (x) и др. термоди-намич. параметрами, но не постоянными, как при пол-ном равновесии, а зависящими от пространств, координат X и времени. Ещё один параметр Л. т. р.— гидро-дипамич. скорость и(х) — характеризует скорость движения центра масс элемента среды. При Л. т. р. элементов среды состояние среды в целом неравновесно. Если малые элементы среды рассматривать приближённо как термодинамически равновесные подсистемы и учитывать обмен энергией, импульсом и веществом между ними на основе ур-ний баланса, то задачи термодинамики неравновесных процессов решаются методами термодинамики и механики. В состоянии Л. т. р. плотность энтропии на единицу массы является [c.606]

Благодаря тепловому движению молекул, сопровождающемуся хаотическими столкновениями, при любой температуре в газе можно обнаружить как очень медленные, так и очень быстрые молекулы. Закон распределения молекул по скоростям Максвелла справедлив для однородного одноатомпого идеального газа в условиях термодинамического равновесия п отсутствия внешних сил. [c.205]

Участок IV соответствует движению квазиравновесного влажного пара. Термодинамическое равновесие поддерживается до тех пор, пока прилипание молекул к каплям и испарение с капель в значительной степени взаимно компенсируются. Увеличение разности скоростей прилипания и испарения до величин порядка самих скоростей соответствует нарушению квазиравновесности системы пар — капли и наступлению течения с постоянной влажностью. [c.149]

Расчет времени установления термодинамического равновесия между каплей, радиус которой Аг не превышает длины свободного пробега молекул, и окружающей ее средой производился рядом авторов на основании молекулярно-кинетической теории и теории размерностей. К- Осватич [Л. 226] для расчета времени, за которое разность температур между каплей и окружающим ее паром уменьшится в 2 раза, предложил формулу [c.195]

Указанное допущение наверняка справедливо при малых числах Кнудсена. До каких именно значений чисел Кнудсена при решении задач теплообмена эти уравнения справедливы с достаточной точностью, неизвестно. Единственным критерием здесь является эксперимент. Некоторой опорной точкой служит предельный случай больших чисел Кнудсена. В этом случае член, учитывающий столкновения молекул в уравнении Больцмана, отбрасывается и решение этого уравнения дается распределением Максвелла, с помощью которого при известных предположениях о характере взаимодействия молекул с поверхностью могут быть найдены тепловые потоки. Мы в дальнейшем ограничимся рассмотрением некоторых задач конвективного теплообмена при наличии термодинамического равновесия. [c.36]

Упорядоченное состояние физической (или другой) системы связано с согласованностью поведения подсистем (молекул, атомов). Это приводит к формированию упорядоченных структур в открытых системах в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой, когда устанавливается определенное соотношение между производством энтропии и ее обменом со средой. Это следует из принципа Пригожина—Гленс-дорфа [18]— минимума производства энтропии, определяющего поведение системы вдали от термодинамического равновесия. Производство энтропии играет в необратимых процессах такую же роль, как энтропия в равновесных системах. Энтропию открытых систем, обменивающихся энергией и веществом с окружающей средой, Гленсдорф и Пригожин рассматривают в виде суммы двух составляющих [c.12]

Принцип действия газодинамического лазера можно кратко описать следующим образом (рис. 6.22). Предположим, что вначале газовая смесь находится при высокой температуре (например, Т = 1400 К) и высоком давлении (например, р = 17 атм) в соответствующем резервуаре. Поскольку газ первоначально находится в термодинамическом равновесии, у молекулы СО2 будет большой населенность уровня 00 1 (порядка 10% населенности основного состояния см. рис. 6.22,6). Разумеется, по сравнению с этой населенность нижнего уровня является более высокой ( 25%), и, следовательно, инверсия населенностей отсутствует. Предположим теперь, что газовая смесь истекает через какне-то сопла (рис. 6.22, е). Поскольку расширение является адиабатическим, температура поступательного движения смеси становится очень низкой. За счет VT-релаксации населенности как верхнего, так и нижнего лазерных уровней будут стремиться к новым равновесным значениям. Однако, поскольку время жизни верхнего уровня больше времени жизни нижнего, релаксация нижнего уровня произойдет на более ранней стадии процесса расширения (рис. 6.22,6). Таким образом, ниже по потоку от зоны расширения будет существовать достаточно широкая область с инверсией населенностей. Протяженность этой области L приближенно определяется временем, необходимым для передачи возбуждения от молекулы N2 молекуле СО2. При этом оба лазерных зеркала выбирают прямоугольной формы и их располагают так, как показано на рис. 6.22, е. Такой способ создания инверсии населенностей будет эффективным лишь в [c.375]

В общем случае протекание процесса сопровождается взаимодействием между системой и ее окружением. Существует, однако, важный класс процессов, когда состояние системы может изменяться даже при полном отсутствии взаимодействия с окружающей средой. К этому классу относятся процессы перехода изолированной системы из неравновесного состояния в конечное неизменяющееся состояние устойчивого термодинамического равновесия, которое для краткости мы будем называть просто устойчивым состоянием. В качестве простейщего примера можно привести случай перемешиваемой жидкости, на которую в определенный момент времени все внешние воздействия уже не оказывают влияния. Вследствие того что жидкость характеризуется вязкостью, созданные в процессе перемешивания вихри разрушаются за счет вязкой диссипации и в конечном итоге в жидкости устанавливается неизменяющееся устойчивое макроскопическое состояние, хотя случайные перемещения отдельных молекул продолжаются. [c.26]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...