Средняя кинетическая энергия молекул
Средняя кинетическая энергия молекул — это среднее значение энергии их хаотического движения. Для идеального газа она прямо пропорциональна абсолютной температуре: чем выше температура, тем быстрее в среднем движутся молекулы.
Понятие рассматривают в рамках молекулярно-кинетической теории. Молекулы газа непрерывно и беспорядочно движутся, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. Температура характеризует степень нагретости тела, а на уровне молекул показывает, насколько велика их средняя кинетическая энергия.
Формула
Для одноатомного идеального газа средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы равна:
Здесь \(\overline{E_k}\) — средняя кинетическая энергия молекулы, \(k\) — постоянная Больцмана, \(T\) — абсолютная температура в кельвинах. Поэтому при увеличении температуры в 2 раза средняя кинетическая энергия также увеличивается в 2 раза. При сравнении температур нужно использовать шкалу Кельвина: \(T=t+273\).
Газ нагрели от \(T_1=300\ \text{К}\) до \(T_2=600\ \text{К}\). Отношение средних кинетических энергий равно \(\frac{\overline{E_{k2}}}{\overline{E_{k1}}}=\frac{T_2}{T_1}=2\). Значит, средняя кинетическая энергия молекул увеличилась вдвое.
Средняя кинетическая энергия — не энергия каждой отдельной молекулы. В газе молекулы движутся с разными скоростями: одни быстрее, другие медленнее. Температура связана именно со средним значением энергии. Кроме того, пропорциональность действует для абсолютной температуры \(T\) в кельвинах, а не напрямую для температуры по шкале Цельсия.
Как изменится средняя кинетическая энергия молекул идеального газа при нагревании от \(200\ \text{К}\) до \(400\ \text{К}\)?
Главное
- Средняя кинетическая энергия характеризует хаотическое движение молекул и является средней, а не одинаковой для всех молекул.
- Для одноатомного идеального газа \(\overline{E_k}=\frac{3}{2}kT\).
- Средняя кинетическая энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре, измеренной в кельвинах.