Найди кинетическую энергию молекулы углекислого газа в 20°C

Задача: найти кинетическую энергию молекулы CO2 при 20°C. Важно: в газе обычно под «кинетической энергией» понимают translational KE молекулы. Но можно также учесть вращательную часть для линейной молекулы CO2. Ниже две величины: translational KE и суммарная KE без учётаvибраций. 1) Преобразование температуры - 20°C = 293,15 K. 2) Формула для translational кинетической энергии молекулы - По теореме эквипотенции для идеального газа средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы: E_trans = (3/2) k_B T, где k_B = 1,380649 × 10^-23 Дж/К. Расчёт: - k_B T = 1,380649×10^-23 J/K × 293,15 K ≈ 4,05×10^-21 J. - E_trans = (3/2) × 4,05×10^-21 J ≈ 6,08×10^-21 J. Итого: средняя translationalная кинетическая энергия одной молекулы CO2 при 20°C ≈ 6,1×10^-21 Дж. В эВ: - 1 эВ ≈ 1,602×10^-19 Дж, поэтому E_trans ≈ 0,038 эВ. 3) Вращательная часть для линейной молекулы CO2 - Линейная молекула CO2 имеет 2 вращательных степени свободы. - Средняя вращательная энергия: E_rot = k_B T. Расчёт: - E_rot = 4,05×10^-21 Дж ≈ 0,0375 эВ. 4) Суммарная кинетическая энергия без учёта вибраций - Для линейной молекулы суммарная кинетическая энергия без учёта вибраций: E_tot = E_trans + E_rot = (3/2 + 1) k_B T = (5/2) k_B T. - Расчёт: E_tot ≈ 2,5 × 4,05×10^-21 Дж ≈ 1,01×10^-20 Дж. - В эВ: ≈ 0,063 эВ. 5) Примечание - Вибрационные режимы молекулы CO2 на 20°C возбуждены очень слабо, поэтому их вклад в среднюю энергию молекулы невелик и обычно пренебрегают в школьных задачах. Если учитывать вибрации на более высоких температурах, энергия молекулы возрастает за счёт дополнительных квантовых степеней свободы. Кратко: - Translational KE: ≈ 6,1×10^-21 Дж (≈ 0,038 эВ). - transl+rot (без вибраций): ≈ 1,01×10^-20 Дж (≈ 0,063 эВ).