Молекулы и состояния движения молекул

Молекулы и состояния движения молекул [c.9]

Прежде всего величина II в выражении принципа энергии (2.2) обозначает теперь сумму потенциальной энергии внутренних сил и кинетической энергии молекул. Кроме того, и зависит уже не от одних только а , но и от конфигурации и состояния движения молекул. Другими словами, становится возможным изменять энергию и, оставляя значения переменных неизменными. Следовательно, энергетический принцип (2.2) должен быть переписан в виде [c.14]

Важным фактором, определяющим характер электронных спектров, является взаимодействие различных нормальных колебаний друг с другом. Это взаимодействие проявляется в том, что после возбуждения какой-либо колебательной степени свободы энергия данного колебания за более или менее короткое время перераспределяется между другими нормальными колебаниями. При это.м время жизни соответствующих состояний сокращается. Последнее, в свою очередь, приводит к расширению электронно-колебательных уровней и спектров, что особенно характерно для многоатомных молекул низкой симметрии. В зависимости от степени связи между нормальными колебаниями, а также между электронным и колебательным движением молекулы подразделяют [c.245]

Переизлучение энергии в квантовой теории сводится к представлению о рассеянии как о поглощении падающего на систему фотона с последующим испусканием рассеянного фотона. Энергетический спектр молекулы образуется электронным спектром входящих в нее атомов и колебательными и вращательными уровнями энергии молекулы. Колебательные движения и вращательные движения молекулы квантованы и соответствующие энергетические уровни дискретны. Комбинационное рассеяние образуется в результате переходов между колебательными уровнями. Разность энергий между соседними уровнями равна Ш. Если молекула поглощает падающий фотон с энергией й(о, то может случиться, что энергия Ш будет затрачена для перехода молекулы на более высокой энергетический уровень. Оставшаяся энергия Н(й — Ш) = Н ( > — Q) испускается в виде рассеянного фотона частоты со — Q. При переходе из возбужденного по колебательным уровням энергии состояния на более низкий энергетический уровень молекула может освободившуюся при этом энергию Ш передать рассеиваемому фотону, энергия которого при этом равна Н(й + h l = й(со -Ь Q), т. е. частота фотона увеличивается. В спектре комбинационного рассеяния линии излучения с уменьшением частоты называются стоксовыми, а с увеличением частоты-антистоксовыми. При не очень высоких температурах молекулы по энергиям распределены в соответствии с распределением Больцмана и число молекул, способных принять участие в образовании стоксовых компонент комбинационного рассеяния, больше, чем в образовании [c.266]

Внутренняя энергия складывается из кинетической энергии поступательного и вращательного движения молекул, колебательного движения атомов, составляющих молекулы, внутриатомного и внутриядерного движения и потенциальной энергии молекулярного, внутриатомного и внутриядерного взаимодействия. Абсолютную величину внутренней энергии определить невозможно, так как не существует такого состояния тела, при котором оно не обладало бы энергией. Поэтому в термодинамических расчетах вычисляется не абсолютная величина внутренней энергии, а ее изменение. [c.19]

Через некоторое время появится и обратное движение молекул из части 2 в часть 1. После этого обмен молекулами между теперь уже условными (без перегородки) частями сосуда будет продолжаться. Состояние равновесия наступает, когда прямой и встречный потоки выравниваются и становятся равными средние значения числа молекул iV, и N2 [c.141]

Внутренняя энергия тела складывается из энергии поступательного и вращательного движения молекул и колебательного движения атомов, энергии междумолекулярного притяжения и отталкивания и внутримолекулярной химической энергии. Внутренняя энергия есть функция состояния, например [c.176]

Если, например, для переноса энергии поступательного движения молекул в газах еще можно предположить, что на пути среднего свободного пробега молекул осуществляется переход к термодинамически равновесному состоянию, то в отношении энергии вращательного и колебательного движения молекул время [c.25]

Многоатомные молекулы. В большинстве случаев энергия нижнего электронного состояния значительно ниже энергии возбужденных состояний. Моменты инерции столь велики, что вращательное движение можно рассматривать классическим образом (высокотемпературное приближение). Поэтому для молекул из одинаковых атомов нет необходимости столь подробно рассматривать требования к симметрии волновой функции, как было сделано при получении соотношений (3.10). Статистическая сумма, связанная с вращением молекулы и состоянием ядра, [c.207]

Положение здесь аналогично тому, которое имело бы место при попытке рассмотреть движение всех молекул, составляющих какое-нибудь макроскопическое тело, с помощью уравнений механики, — и здесь постановка вопроса о задании начальных условий, определяющих начальные значения координат и скоростей всех молекул, и дальнейшем интегрировании уравнений движения является физически бессмысленной. Аналогию можно провести несколько дальше. Макроскопическое тело, рассматриваемое как состоящее из отдельных молекул, обладает грандиозным числом степеней свободы. Точное, микроскопическое, описание состояния тела требовало бы определения значения координат и скоростей всех составляющих его частиц. Точный ход изменения этих величин со временем зависит от их значений в начальный момент времени. Но благодаря крайней сложности и беспорядочности движения молекул можно считать, что в течение достаточно большого промежутка времени скорости и координаты [c.145]

Внутренняя энергия системы есть сумма всей кинетической и потенциальной энергии частиц. Жидкостям и аморфным телам свойствен лишь ближний порядок, а газы имеют беспорядочное расположение частиц при максимальной внутренней энергии системы. Состояние вещества зависит от температуры Т и значения сил межмолекулярного взаимодействия. Энергия теплового движения или так называемая энергетическая температура частиц равна кТ. При высоких температурах значение кТ превосходит энергию взаимодействия молекул и вещество может быть только газом. Напротив, в кристалле частицы связаны сильно и энергия взаимодействия много больше кТ. [c.31]

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]

Возможность свободного перемещения молекул относительно друг друга обусловливает свойство текучести жидкости. Тело в жидком состоянии, как и в газообразном, не имеет постоянной формы. Форма жидкого тела определяется формой сосуда, в котором находится жидкость, действием внешних сил и сил поверхностного натяжения. Большая свобода движения молекул в жидкости приводит к большей скорости диффузии в жидкостях по сравнению с твердыми телами, обеспечивает возможность растворения твердых веществ в жидкостях. [c.83]

Истолкование молекулярных спектров также возможно в квантовой теории. Необходимо только при расчете энергии стационарного состояния молекулы принимать во внимание большую сложность ее структуры. В основном изменение энергии молекулы происходит, как и в атоме, в результате изменений в электронной конфигурации, образующей периферическую часть молекулы. Однако при заданной электронной конфигурации молекулы могут отличаться друг от друга еще и состоянием, в котором находятся их ядра, могущие колебаться и вращаться относительно общего центра тяжести. С этими возможными типами движения также связаны известные запасы энергии, которые должны быть учтены в общем балансе. Как по общим соображениям теории квантов, так и на основании более строгих квантовомеханических расчетов эти запасы энергии также необходимо считать дискретными и имеющими квантовый характер. [c.746]

Колебательные спектры молекул можно изучать в любых агрегатных состояниях вещества — газообразном, жидком и твердом. При рассмотрении колебательного движения молекул в спектроскопии широко используется понятие о кривых потенциальной энергии. В связи с этим следует подчеркнуть, что для колебательного движения ядер роль потенциальной энергии играет полная (т, е. потенциальная и кинетическая) энергия электронов. Поскольку химическая связь определяется движением электронов, естественно, что возвращающая сила возникает за счет изменения полной энергии электронов, обусловленной изменением взаимного положения ядер, для которых в свою очередь указанная энергия имеет смысл потенциальной энергии Еа(г). Как и в предыдущем случае, рассмотрение колебательных спектров начнем с двухатомных молекул. [c.237]

Спонтанная люминесценция (рис. 34.1,6) отличается от резонансной флуоресценции тем, что после поглощения фотона молекула очень быстро (за время около с) безызлучательно переходит на уровень 3, с которого происходит излучение. Этот вид люминесценции характерен для сложных молекул в парах и растворах. Вынужденная люминесценция (рис. 34.1, в) характеризуется тем, что после поглощения кванта света молекула обычно безызлучательно попадает в состояние 4, которое имеет большее время жизни, чем время жизни возбужденного состояния 3. В результате внешнего воздействия она может попасть в состояние 3 и затем перейти в основное состояние 1 с испусканием фотона частоты vзl. В частности, если безызлучательный переход с уровня 4 на уровень 3 произошел за счет теплового движения молекул, то такая флуоресценция называется замедленной. [c.248]

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]

Рассмотрим вначале для простоты классическую молекулярную модель тела в виде системы материальных точек, движущихся по законам классической механики . Состояние движения каждой молекулы задается в этом случае координатами и проекциями ее импульса, а механическое состояние (микросостояние) системы частиц определяется значениями их координат и импульсов. Совокупное же движение (тепловое движение) системы частиц характеризуется макроскопическими параметрами, которые хотя и зависят от координат и импульсов частиц, но однозначно их не определяют (так как число макроскопических параметров но много раз меньше числа частиц). Это означает, что механические параметры (координаты и импульсы частиц) не характери- [c.183]

Согласно уравнению Больцмана (1.5) средняя кинетическая энергия молекулы пропорциональна температуре и не зависит от массы молекулы. Это уравнение выведено на основании модели идеального газа, в котором молекулы движутся хаотически, так что температура есть величина пропорциональная средней кинетической энергии движения молекул идеального газа. Абсолютный нуль температуры (Г = 0, / = —273,15° С) должен соответствовать такому состоянию тела, при котором прекращается поступательное движение молекул идеального газа. [c.16]

В состоянии термического равновесия распределение энергии в газах подчиняется закону Максвелла. По этому закону средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы не зависит от ее природы и пропорциональна абсолютной температуре газа Т [c.229]

Уравнение Клапейрона передает главнейшую особенность газообразного состояния, заключающуюся в хаотичности теплового движения молекул, но не учитывает действующих между молекулами сил. Поэтому чтобы получить уравнение состояния реального газа, необходимо ввести в это уравнение поправку на взаимодействие молекул. Эта поправка должна заключаться в замене давления р суммой внешнего и молекулярного давлений р ф- р,мл и объема о, занимаемого газом, свободным объемом v — Ь. Результат будет тем лучше, чем точнее определены значения Ь и р ол- [c.17]

Промежуточное (между твердыми и газообразными) положение жидкого состояния проявляется, во-первых, в степени упорядочения частиц ж идкости, т. е. молекул, и, во-вторых, в особенностях теплового движения их. Если в кристаллах наблюдается ближний и дальний порядок в расположении частиц, а в газах, наоборот, полная неупорядоченность, то в жидкостях имеет место ближний порядок, характеризующийся наличием предпочтительных рас-тояний между частицами. Тепловое движение в кристаллах представляет собой колебания составляющих кристалл частиц вблизи узлов кристаллической решетки с возможными диффузионными скачками частиц, в газах —трансляционное движение в промежутках между столкновениями, а в жидкостях — колебания частиц вблизи временных положений равновесия наряду со скачкообразными и плавными трансляционными движениями частиц. [c.130]

Давление и температура жидкости и пара при равновесном фазовом переходе не изменяются полный объем, занимаемый паром и жидкостью, растет по мере перехода из состояния в точке 1 в состояние, соответствующее точке 2, вследствие меньшей плотности паровой фазы по сравнению с жидкой. Вылетающие из жидкости молекулы заполняют свободное пространство над поверхностью жидкости их совокупность и образует насыщенный пар Часть вылетевших молекул вследствие теплового движения снова возвращается в жидкость. Между переходом молекул из жидкости в пар и обратным переходом молекул из пара в жидкость устанавливается динамическое равновесие, в результате которого плотность молекул над жидкостью, а следовательно, и давление насыщенного пара принимают при данной температуре вполне определенные величины. С изменением температуры равновесие смещается, вызывая соответствующие изменения плотности и давления насыщенного пара. [c.222]

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]

Как известно, изолированная термодинамическая система самопроизвольно стремится к некоторому конечному состоянию, которое называется состоянием равновесия. При отсутствии внешних полей оно характеризуется постоянством во времени и по пространственным координатам всех термодинамических параметров внутри каждой фазы. Иными словами, в состоянии равновесия в гомогенной среде нет градиентов, любой имевшийся градиент исчезнет вследствие теплового движения молекул. Так, например, если был градиент концентрации, то он исчезнет вследствие процесса диффузии, теплопроводность ликвидирует градиент тем пературы, а вязкость среды — градиент скорости. Понятие состояние равновесия входит важной составной частью в определение равновесного процесса. [c.193]

В ИСХОДНОМ состоянии молекулы основы, имеющие относительно короткие цепи, перемешаны с беспорядочно ориентированными молекулами загущающего полимера, имеющими очень длинные прямые цепочки с короткими ответвлениями. Подобие решетки, образованное длинными молекулами загущающей присадки с ассоциированными молекулами основы, задерживает движение молекул основы масла и действует эквивалентно соответствующему повышению вязкости. [c.114]

Здесь в качестве исходного берется состояние, в котором абсолютная температура равна нулю. Когда нет процессов диссоциации и ионизации, внутренняя энергия состоит из энергии поступательного п, вращательного вр и колебательного движений молекул. Для одноатомного газа v — onst и Е = Е = [c.64]

В то время как колебания молекул определяют грубую структуру колебательных спектров, их тонкая структура обусловливается вращением молекул, которое обнаруживается непосредственно о вращательных спектрах. Колзба-ния и вращение в молекулах тесно связаны между собой и поэтому естественно, что их следует изучать совместно. Данные о колебательном и вращательном движении молекул, основным источником получения которых являются колебательные и вращательные спектры, необходимы для решения целого ряда важнейших физико-химических задач. Колебания и вращзния, играют большую роль при течении химических реакций, при обмене энергии между возбужденными молекулами, они существенным образом сказываются на термодинамических свойствах вещества. Исследование изменения колебательного и вращательного движения молекул под влиянием их взаимодействия с окружающими молекулами в жидких и твердых телах является одним из методов изучения природы жидкого и твердого состояния. [c.5]

Для гомоядерной молекулы АА статистическая сумма, связанная с состоянием ядра и вращательным движением молекулы и их взаимодействием (ядерно-вращательная статистическая сумма), определяется следующим образом. [c.206]

Приведенный здесь ряд чисел получен Вестгреном, наблюдавшим под микроскопом через определенные промежутки времени число коллоидных частиц, находящихся в заданном элементе объема коллоидного раствора. Этот ряд чисел может быть прекрасно проанализирован с помощью теории броуновского движения, построенной Смо-луховским в 1906 г., вскоре после появления первой работы Эйшитей-на. Даже в состоянии равновесия в физической системе никогда не прекращается тепловое движение молекул. Это непрестанное движение молекул, с одной стороны, делает статистическую механику наиболее необходимым и весьма сильным методом теоретической физики, а, с другой стороны, является причиной неприменимости классической термодинамики к описанию явлений, подобных броуновскому движению. Стохастическая теория броуновского движения остается до сих пор одним из самых удивительных разделов теоретической физики. Основные классические работы в этой области содержатся в сборнике [6] ). [c.298]

Рис. 1.4. Чтобы усовершенствовать уравнение состояния идеального газа, Ван дер Ваальс учел молекулярное взаимодействие и размеры молекул, а — давление реального газа меньше, чем давление идеального газа, так как силы притяжения между молекулами уменьшают скорость движения молекул, приближающихся к стенкам Рреал — Рид — р- б— объем, зЕнимавмый молекулами, меньше объема контейнера, так как размеры молекул конечны. Величина исключенного объема зависит от общего числа молекул V = V — ЬМ.

Д. 3., связанная с физ. св-вами среды, возникает, когда воздействие акустич. волны приводит к неравновесному состоянию среды, возбуждая её внутр. степени свободы (колебат. и вращат. движения молекул), процессы ионизации и диссоциации молекул, хим. реакции, перестройку структуры жидкости, процессы взаимодействия ультразвука с электронами проводимости в металлах и ПП, магнитоупругие явления и т. д. Выравнивание энергии между поступат. и внутр. степенями свободы происходит за нек-рое время, наз. временем релаксации Тр (см. Релаксация акустическая). Если период Т звук, волны мал по сравнению с Тр (высокие частоты), то за время Гс Тр внутр. степени свободы не успевают возбудиться, поэтому среда будет вести себя так, как будто внутр. степени свободы отсутствуют. Если же Т Тр (низкие частоты), то часть энергии поступат. движения успеет перераспределиться на внутр. степени свободы. При этом, вследствие уменьшения энергии поступат. движения, упругость среды и скорость звука так-же будут меньше, чем в случае высоких частот. Т. р=Т о., при наличии [c.167]

Уравнения (4.16) —(4.17), связывающие равновесные значения температуры, объема и давления тел, называются уравненшши состояния. Хотя мы рассматривали одноатомные газы, зфавнения (4.16) и (4.17) будут справедливы и для газов, молекулы которых состоят из многих атомов. Такие молекулы могут вращаться, а атомы, входящие в их состав, — колебаться, но это не приводит к изменению величины давления, которое связано только с поступательным движением молекул. [c.84]

Таким образом, с механической точки зрения движение системы молекул является квазипериодическим, и ничего похожего на- стремление к равновесию здесь нет находится или не находится система в равновесии — не играет никакой роли. С другой стороны, термодинамика утверждает, что изолированная неравновесная система должна монотонно приближаться к равновесию. Возникает, казалось бы, противоречие между обратимостью механических движений молекул системы и необратимостью макроскопических процессов в ней. Однако это противоречие лишц кажуп1ееся, и его устранили Больцман, а затем Гиббс, указывая на различный уровень описания состояния системы многих частиц механикой и термодинамикой. [c.125]

Явление теплопроводности состоит в перенсзсе теплоты структурными частицами вещества — молекулами, атомами, электронами — в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температуры, но механизм переноса теплоты зависит от агрегатного состояния тела. В жидкостях и твердых телах — диэлектриках — перенос теплоты осуш,ествляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов. [c.239]

Для количественной оценки взаимодействия разреженного потока газа с поверхностью необходимо знать динамические характеристики каждой молекулы или групп молекул перед соударением их со стенкой. Для оценки этих характеристик в молекулярно-кинетической еории используется функция распределения молекул по скоростям, которая описывается уравнением Больцмана. Для случая, когда молекулы взаимодействуют между собой в форме парных столкновений и нет других факторов, возмущающих движение молекул, а газ находится в стационарном состоянии, функция распределения найдена и известна под названием функции распределения Максвелла. Она используется при расчетной оценке теплоотдачи поверхности в свободно-молекулярном потоке газа. [c.393]

Де11ствителы1о, вследствие полной хаотичности теплового движения молекул каждое из микросостояний, отвечая одному и тому же значению внутренней энергии системы, должно встречаться одина]сово часто и является поэтому равновероятным. Если наблюдать систему, находящуюся в неизменных внешних условиях достаточно долго, то каждое из возможных микросостояний системы реализуется одинаковое число раз. Но это означает, что частота появления микросостояний с одинаковым распределением молекул по энергиям будет тем большей, чем больше число способов, которыми осуществляется данное распределение, т. е. чем больше термодинамическая вероятность этого микросостояния. Молекулярное состояние системы, которое достигается меньшим числом способов, т. е. имеет меньшую термодинамическую вероятность, будет встречаться менее часто и, следовательно, будет менее вероятным по сравнению с состоянием, которое может быть осуществлено большим числом способов и имеет соответственно большую термодинамическую вероятностч. Из этого следует, что состояние с максимальным значением термодинамической вероятности (это значение обозначается в дальнейшем через является наиболее часто — практически почти всегда — встречающимся и представляет собой то, что мы называем равновесным состоянием системы. Все другие состояния системы, термодинамическая вероятность которых меньше максимальной, являются с этой точки зрения неравновесными состояниями системы. [c.89]

Предположим, что произошло изменение в распределении осред-ненных скоростей и появление турбулентной вязкости предопределяется случайным сильным искажением распределения скоростей в пределах потока, т.е. упруговязкие характеристики среды не в состоянии восстановить первоначальное распределение скоростей. В результате возникает первоначальное перемещение конечных масс не только по направлению основного потока, приводящее к переносу количества движения большей величины в сравнении с переносом молекулами при ламинарном движении. Для осредненного движения перенос количества движения поперек потока количественно характеризуется турбулентной вязкостью. В турбулентном потоке имеет место уже распределение двух взаимосвязанных и взаимозависимых параметров - осредненной скорости и турбулентной вязкости. Турбулентная вязкость, имея намного большую величину, чем молекулярная вязкость, соответственно увеличивает абсолютную величину касательного напряжения (внутреннего трения), однако не может изменить закона касательного напряжения, зависящего только от равновесия действующих сил. Следовательно, равновесные распределения скорости и турбулентной вязкости предопределяются законом касательного напряжения. В этом, взаиморавновесном распределении скорости и турбулентной вязкости, немаловажное значение имеет молекулярная вязкость, через которую происходит диссипация энергии. Только сумма молекулярной и турбулентной вязкостей соответствует данному закону касательного напряжения. [c.60]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...