Основы молекулярно-кинетической теории теплоемкости

Известно, что внутренняя энергия газа равномерно распределяется между степенями свободы молекулы. Числом степеней свободы δ молекулы называют число координат, определяющих положение молекулы в пространстве.

Молекула одноатомного газа имеет только поступательное движение, которое можно разложить на три составляющие по направлению осей координат х, y и z. Таким образом, положение такой молекулы определяется тремя координатами, а число степеней свободы соответственно равно трем: δ= 3.

При движении двухатомной молекулы кроме поступательного движения необходимо учитывать и вращательное движение около осей х и y, в связи с чем двухатомные молекулы имеют три степени свободы поступательного движения и две степени свободы вращательного движения, т.е. всего пять степеней свободы δ= 5.

Трехатомная молекула, а также многоатомная молекула имеют три степени свободы поступательного движения и три степени свободы вращательного, т.е. всего шесть степеней свободы δ= 6.

Теплоемкость и показатель адиабаты для одноатомных газов не зависят от температуры. Теплоемкости двухатомных и многоатомных газов с ростом температуры увеличиваются, а показатели адиабаты уменьшаются.

Согласно молекулярно-кинетической теории, мольные теплоемкости идеальных газов определяются следующими уравнениями:

(1.11)

(1.12)

Экспериментальные данные качественно подтверждают значения молярных теплоемкостей, найденных расчетным путем. Однако определенное расхождение между ними свидетельствует о том, что молекулярно-кинетическая теория не учитывает внутримолекулярного движения атомов и сил взаимодействия между молекулами. Последнее может быть учтено лишь с помощью квантовой теории.