通過統計力學求分子速度及碰撞平均時間

2021-09-23 06:06:42 字數 1356 閱讀 4689

今天的課學習了巨集觀體系的統計力學方面的知識,關於其中的一道應用例題我覺得很有趣,於是分享出來。

中文是漲落相關時間,是指在極微小的空間下的物理量波動和每次波動的平均間隔時間。這個物理量表示為a(t)可以想象成動能,在極微小的世界裡處於隨機遊走狀態,這種遊走稱為ゆらぎ。

在標準大氣壓的箱子中,有22.4l的 1mol 理想氣體,溫度是300k,平均分子間隔為 d

設想分子間的有效控制距離如圖所示,則分子有效體積為

v n=

4π3(

d2)3

\dfrac =\dfrac \left( \dfrac \right) ^

nv​=34

π​(2

d​)3

n為分子總量,v為總體積,使用球的體積公式容易得到上式

d =2

(34π

(vn)

)13d=2\left( \dfrac \left( \dfrac \right) \right) ^}

d=2(4π

3​(n

v​))

31​於是簡單得到d的表示式,根據條件已知

v

=22.4×1

0−3m

3v=22.4\times 10^m^

v=22.4

×10−

3m3n=6

×1023

n=6\times 10^

n=6×10

23根據能量均分定理

m v‾

22=3

2kbt

\dfrac ^}=\dfrac k_t

2mv2​=

23​k

b​t加上之前的溫度t

=3000

kt=3000k

t=3000

k得出v‾=

3kbt

m=1.4×10

3ms−

1\overline =\sqrt t}}=1.4\times 10^ms^

v=m3kb

​t​​

=1.4

×103

ms−1

可以看到分子在微觀環境下的移動速度幾乎在四倍音速,也就是四馬赫左右的速度,非常的誇張。也是通過巨集觀世界去理論推導微觀世界的分子速度,對結論很是吃驚,但使用的手法卻非常簡單,於是分享一下。

今天第一次使用csdn,試用一下各種機能和latex,出乎意料好用。以後學到新的東西還盡量堅持記錄。

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