Равновесие температуры содержимого газовой ячейки (молекулы и фотонов) с температурой окружающей среды указывает на то, что вся газовая среда представляет собой дискретную на любой момент времени совокупность соответствующих газовых ячеек, имеющих разные температуры, формула распределения которых по их температурам при общей температуре среды выше предложена. Через малый интервал времени мозаика газовых ячеек меняется, но распределение температур молекул остаётся, если игнорировать небольшую эволюцию газа, прежним.
Формально скорость молекулы в формуле (16) индифферентна к системе отсчёта, относительно которой она определена: это может быть наблюдатель, встречная молекула, физический вакуум или даже Абсолютное пространство. Соответственно, если движется монохроматический пучок молекул со скоростью V относительно той же системы отсчёта, что и отдельные молекулы пучка, то для определения температуры пучка величина скорости V никакой роли не играет, поскольку сама температура пучка определяется формулами (22 - 24), в которую скорость пучка не входит. Однако не исключено, что эти формулы могут быть модифицированы с учётом выбора системы отсчёта так, что скорость пучка станет входить явным образом в формулу для его температуры. Зависимость температуры пучка молекул от его скорости будет иметь место, если его молекулы при своём движении взаимодействуют со средой, в которой они движутся - это может быть воздух или другая материальная среда, физический вакуум и т.п. В монохроматическом пучке молекул сами молекулы всё-таки имеют некоторое распределение как по их скоростям, так и по направлению. Если же будет изготовлен такой пучок, в котором скорости всех молекул будут совершенно одинаковы и по величине и по направлению, пучок будет изолирован от влияния окружающей среды, так что столкновений молекул пучка с другими молекулами не будет вообще, а это означает, что длина свободного пробега молекул пучка будет бесконечной, то тогда температура каждой молекулы пучка в соответствии с формулой (16) должна стать бесконечной. Но, вероятнее всего, молекулы пучка будут взаимодействовать со средой, в которой они двигаются (в том числе и с вакуумом). В результате диссипации их энергии, скорости молекул и пучка будут уменьшаться, но длина свободного пробега будет оставаться прежней, а это означает, что температура пучка молекул формально должна оставаться бесконечной. В то же время, если скорость молекулы станет равной нулю, а, стало быть, и длина свободного пробега её также станет равной нулю, то из формулы (16) следует, что температура покоящейся молекулы также станет равной нулю.
Знание температур молекул газа позволяет оценить их распределение при температуре газа Т. Так, если температура термического распада химического соединения , а синтез ведётся отжигом при температуре , то при этой температуре в газовой фазе будут содержаться наряду с молекулами у которых , также и молекулы, температуры которых выше . Именно эти молекулы при соударениях с образовавшейся фазой и будут разваливать её. Из этого сразу следует, что керамические технологии, независимо от длительности времени отжига и степени закалки, в принципе, не дают гарантии получения высокочистых химических веществ.
Выводы
1. Распространённое мнение, вытекающее из вероятностного подхода, основанное на взаимозависимости энтропии от температуры, что понятие температуры может иметь смысл только по отношению к большому количеству частиц, является ошибочным.
2. Сделанный вывод формулы для температуры молекулы показывает, что понятие температуры применимо и к отдельно взятой молекуле.
3. Физический смысл температуры молекулы заключается в том, что она определяется произведением её кинетической энергии на длину свободного пробега молекулы, а также зависит от её массы и размеров, чем и отличается от просто кинетической энергии.
4. Физический смысл температуры газа определяется произведением среднего значения кинетической энергии и средней длины пробега его молекул, а также зависит от их массы и размеров.
5. Выявленный подход к определению температуры газа даёт возможность применять его не только к равновесному газу Максвелла, скорости молекул которого распределены в соответствии с его формулой, но и для равноскоростного распределения, а также и для любых неравновесных состояний.
6. Повышения температуры молекул газа можно добиться не только через увеличение их скорости, но и через увеличение длины свободного пробега, что достигается уменьшением давления газа, так как изоэнергетические молекулы газа в вакууме имеют большую температуру, чем при нормальном или повышенном давлении.
Список литературы
газ температура молекула уравнение
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. V. Статистическая физика. Ч.1. М. ФИЗМАТЛИТ. 2002. 616 С.
2. Головкин Б.Г. Причины термодинамических аномалий реакций с участием газовой фазы. Тезисы докладов VIII семинара СО РАН - УрО РАН. "Химия твёрдого тела и функциональные материалы". Екатеринбург. 2008. С. 80
3. Головкин Б.Г. Зависимость механизмов газотвердофазных реакций от распределения скоростей газовых молекул. Тезисы докладов II семинара СО РАН - УрО РАН. "Новые неорганические материалы и химическая термодинамика". Екатеринбург. 2002. С. 50.