Уравнения идеальных газов. Зависимости между Q, P, V и T

[Munin]

AAK в сообщении #562832 писал(а):

Вероятно вот это

Нет, не угадали. Впрочем, пока будете гадать - пользы не будет.

[Alexandr007]

AAK в сообщении #562762 писал(а):

Помогите разобраться.
У меня получается, что приращение тепловой энергии сопровождается прямо пропорциональным изменением средних энергий электронов на верхних энергетических уровнях:
$ \Delta Q = k \Delta E $ ,

где $ \Delta Q$ -- приращение теплового излучения; $ \Delta E$ -- приращение средней энергии валентных электронов в атомах, k -- коэффициент пропорциональности.

Для того чтобы понять где ошибка, нужно изложить как было получено это соотношение, и что такое "приращение теплового излучения".

[AAK]

Alexandr007 в сообщении #562969 писал(а):

AAK в сообщении #562762 писал(а):

У меня получается, что приращение тепловой энергии сопровождается прямо пропорциональным изменением средних энергий электронов на верхних энергетических уровнях:
$ \Delta Q = k \Delta E $ ,

где $ \Delta Q$ -- приращение теплового излучения; $ \Delta E$ -- приращение средней энергии валентных электронов в атомах, k -- коэффициент пропорциональности.

Для того чтобы понять где ошибка, нужно изложить как было получено это соотношение, и что такое "приращение теплового излучения".

1. Одним из способов передачи тепловой энергии является передача тепловой энергии излучением.
Все тела имеющие температуру выше 0 К излучают тепловое излучение прямо пропорционально температуре.
Следовательно, когда в камерах №1 и №2 разные температуры, то выравнивание температур происходит в результате перехода теплового излучения из камеры с большей температурой в камеру с меньшей температурой. Выравнивание температур в камерах сопровождается и выравниванием удельных интенсивностей теплового излучения газов в камерах.
Количество излученного тепла из одной камеры и количество поглощенного теплового излучения в другой камере я определяю как приращение теплового излучения.
2. Тепловое излучение передается фотонами. Излучение фотонов происходит при переходе электронов с верхних энергетических уровней на более нижние. Соответственно поглощение фотонов сопровождается переходом электронов на более высокие энергетические уровни. Так как удельное количество электронов в газах при термодинамических процессах не изменяется, то можно допустить, что приращение теплового излучения прямо пропорционально изменению средних энергий электронов в атомах газа.
$ \Delta Q = k \Delta E $ ,

где $ \Delta Q$ -- приращение теплового излучения; $ \Delta E$ -- приращение средней энергии валентных электронов в атомах, k -- коэффициент пропорциональности.
3. Так как формирование линий спектров происходит только валентными электронами, то можно сделать вывод, что при приращении теплового излучения происходят переходы по энергетическим уровням только валентных электронов.

[Munin]

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Выравнивание температур в камерах сопровождается и выравниванием удельных интенсивностей теплового излучения газов в камерах.

Ой, а что такое удельная интенсивность? Если что, у равновесного теплового излучения разных интенсивностей быть не может.

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Так как формирование линий спектров происходит только валентными электронами

Ах, если бы...

[AAK]

Munin в сообщении #565894 писал(а):

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Так как формирование линий спектров происходит только валентными электронами

Ах, если бы...

Интересно развернутое Ваше мнение по данному вопросу.

Цитата:

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Выравнивание температур в камерах сопровождается и выравниванием удельных интенсивностей теплового излучения газов в камерах.

Ой, а что такое удельная интенсивность? Если что, у равновесного теплового излучения разных интенсивностей быть не может.

Если что, то тоже интересует Ваше развернутое мнение -- КАК ПРАВИЛЬНО назвать интенсивность теплового излучения в камерах с разными температурами?

[AAK]

Munin в сообщении #565894 писал(а):

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Так как формирование линий спектров происходит только валентными электронами

Ах, если бы...

Уважаемый Munin. Вы же не моська из подворотни. Кроме Ах, Ой да Ха-Ха от Вас можно услышать что-нибудь внятное?

В опыте Крушева, адиабатический сосуд разделен прозрачным поршнем с вакуумной прослойкой на две камеры, и заполнен идеальным одноатомным газом, например неоном или аргоном. При смещении поршня, в камерах происходит адиабатическое изменение температур. В результате перехода через прозрачный поршень тепловой энергии излучением из камеры с большей температурой в камеру с меньшей температурой происходит выравнивание температур в камерах.

ВСЕМ -- помогите объяснить механизм формирования теплового излучения в камере с большей температурой и механизм захвата теплового излучения в камере с меньшей температурой.

Лично я считаю, что тепловое излучение формируется при неупругих ударах между атомами, что сопровождается переходами валентных электронов на более нижние энергетические уровни (других механизмов формирования фотонов теплового излучения я найти не могу). В камере с низкой температурой при поглощении теплового излучения должны происходить переходы валентных электронов на более высокие энергетические уровни (других механизмов захвата фотонов атомами я найти не могу). Так как в камерах количество атомов и валентных электронов не изменяется, то приращение энергии излучения должно сопровождаться прямо пропорциональным изменением средних энергий валентных электронов в атомах:
$ \Delta Q = k \Delta E $ ,

где $ \Delta Q$ -- приращение теплового излучения; $ \Delta E$ -- приращение средней энергии валентных электронов в атомах, k -- коэффициент пропорциональности.

КТО может объяснить -- ЧТО в моих объяснениях правильно или в чем ошибки?

[Munin]

AAK в сообщении #566046 писал(а):

Интересно развернутое Ваше мнение по данному вопросу.

У всех атомов, кроме водорода, возбуждается вся электронная подсистема в целом, а не отдельные электроны. Иногда одно можно приближённо заменить на другое, иногда нельзя.

AAK в сообщении #566046 писал(а):

Если что, то тоже интересует Ваше развернутое мнение -- КАК ПРАВИЛЬНО назвать интенсивность теплового излучения в камерах с разными температурами?

Можно вот так и назвать: интенсивностью теплового излучения в камерах с разными температурами.

AAK в сообщении #566123 писал(а):

В опыте Крушева, адиабатический сосуд разделен прозрачным поршнем с вакуумной прослойкой на две камеры, и заполнен идеальным одноатомным газом, например неоном или аргоном. При смещении поршня, в камерах происходит адиабатическое изменение температур. В результате перехода через прозрачный поршень тепловой энергии излучением из камеры с большей температурой в камеру с меньшей температурой происходит выравнивание температур в камерах.

Простите, вы этот опыт делали? :-)

[Alexandr007]

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Количество излученного тепла из одной камеры и количество поглощенного теплового излучения в другой камере я определяю как приращение теплового излучения.

Лучше называть это количеством переданной энергии

AAK в сообщении #566123 писал(а):

В камере с низкой температурой при поглощении теплового излучения должны происходить переходы валентных электронов на более высокие энергетические уровни

Да, должен быть процесс как возбуждения электронов ударом, так и обратный ему - снятие возбуждения с переходом энергии возбуждения в энергию движения.

AAK в сообщении #566123 писал(а):

приращение энергии излучения должно сопровождаться прямо пропорциональным изменением средних энергий валентных электронов в атомах:

Откуда взялась прямо пропорциональная зависимость? Да еще плотность равновесного излучения пропорциональна $T^4$.

[AAK]

Munin в сообщении #566148 писал(а):

AAK в сообщении #566123 писал(а):

В опыте Крушева, адиабатический сосуд разделен прозрачным поршнем с вакуумной прослойкой на две камеры, и заполнен идеальным одноатомным газом, например неоном или аргоном. При смещении поршня, в камерах происходит адиабатическое изменение температур. В результате перехода через прозрачный поршень тепловой энергии излучением из камеры с большей температурой в камеру с меньшей температурой происходит выравнивание температур в камерах.

Простите, вы этот опыт делали?

Практическое применение вакуумных термосов показывает, что наличие в вакуумных термосах зеркального покрытия значительно улучшает теплоизоляцию вакуумных термосов, что свидетельствует о наличии перехода тепловой энергии излучением.
Реально провести опыты, с тщательным исследованием в лабораторных условиях у меня нет возможности.

Цитата:

AAK в сообщении #566046 писал(а):

Интересно развернутое Ваше мнение по данному вопросу.

У всех атомов, кроме водорода, возбуждается вся электронная подсистема в целом, а не отдельные электроны. Иногда одно можно приближённо заменить на другое, иногда нельзя.

Вопрос сложный и требует более глубокого рассмотрения.
1. Наличие теплового излучения свидетельствует, что какая-то часть электронов находится в возбужденном состоянии (иначе откуда взяться тепловому излучению?). Следовательно, можно говорить о наличии в газах средней энергии возбужденных электронов.
В адиабатическом сосуде средняя энергия возбужденных электронов сохраняется постоянной, независимо от времени нахождения отдельных электронов в возбужденном состоянии.

2. Рассмотрим сечения фотоэффектов в атомах. http://nuclphys.sinp.msu.ru/partmat/pm03.htm


Сечение взаимодействия фотонов с углеродом (Z = 6) и свинцом (Z = 82) при энергиях фотона от 10 эВ до 100 ГэВ
σ_ph - сечение фотоэффекта
σ_]coh - сечение релеевского рассеяния
σ_C - сечение комптоновского рассеяния
σ_np - сечение рождения пары в поле ядра
σ_ep - сечение образования пар в поле атомных электронов
σ_GDR - сечении ядерного фотопоглощения

Как видно из графиков, у углерода имеется два пика сечений фотоэффекта, а у свинца можно выделить пять, а то и шесть пиков. Из этого можно сделать предположение, что, в атомах, каждой оболочке электронов отдельного периода соответствуют разные энергии электронов. При этом наблюдаются общие закономерности:
2.1. Во ВСЕХ атомах, независимо от периода формирования атома, верхние валентные электроны имеют относительно одинаковые энергии ионизации
2.2. Увеличение количества периодов, сопровождается скачкообразным увеличением необходимой энергии для ионизации электронов с оболочек нижних периодов. Закономерное увеличение энергии ионизации электронов с электронных оболочек нижних периодов свидетельствует о РАЗЛИЧНЫХ энергиях электронов в электронных оболочках соответствующих различным периодам, что свидетельствует об электромагнитном экранировании и ограничении энергий электронов в электронных оболочках нижних периодов.

Следовательно, Для того что бы возбуждать электроны с нижних экранированных электронных оболочек нужны энергии фотонов значительно большие чем для возбуждения электронов с верхней электронной оболочки (валентных электронов).

3. В газах, При тепловом взаимодействии, в первую очередь должны происходить неупругие удары между внешними электронами соседних атомов, которые занимают валентные электроны. Соответственно и поглощение энергии излучения должно сопровождаться переходами именно валентных электронов по энергетическим уровням. Это подтверждается и спектроскопией -- именно валентные электроны формируют линейчатые спектры. Не валентные электроны не участвуют в формировании линейчатых спектров (я не рассматриваю рентгеновские частоты спектров).

-- Ср май 02, 2012 09:15:55 --

Alexandr007 в сообщении #566360 писал(а):

AAK в сообщении #565864 писал(а):

Количество излученного тепла из одной камеры и количество поглощенного теплового излучения в другой камере я определяю как приращение теплового излучения.

Лучше называть это количеством переданной энергии

Согласен

Цитата:

AAK в сообщении #566123 писал(а):

В камере с низкой температурой при поглощении теплового излучения должны происходить переходы валентных электронов на более высокие энергетические уровни

Да, должен быть процесс как возбуждения электронов ударом, так и обратный ему - снятие возбуждения с переходом энергии возбуждения в энергию движения.

Вопрос о механизмах движения атомов является сложным. При его рассмотрении нужно учитывать как формирование импульсов при излучении-поглощении фотонов, так и упругие удары между электронами соседних атомов, без передачи энергии излучения.

Цитата:

AAK в сообщении #566123 писал(а):

приращение энергии излучения должно сопровождаться прямо пропорциональным изменением средних энергий валентных электронов в атомах:

Откуда взялась прямо пропорциональная зависимость?

Механизмы излучения-поглощения фотонов я связываю ТОЛЬКО с механизмами переходов электронов по энергетическим уровням. Так как в обычных термодинамических процессах количество электронов в атомах, соответственно и камерах, не изменяется, то количество переданной энергии излучения из одной камеры в другую должно соответствовать прямо пропорциональным изменениям средних энергий электронов в камерах.

Цитата:

Да еще плотность равновесного излучения пропорциональна $T^4$.

Согласен. Именно поэтому и происходит выравнивание температур при переходе энергии излучения из камеры с большей температурой в камеру с меньшей температурой.

[Munin]

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Практическое применение вакуумных термосов показывает, что наличие в вакуумных термосах зеркального покрытия значительно улучшает теплоизоляцию вакуумных термосов, что свидетельствует о наличии перехода тепловой энергии излучением. Реально провести опыты, с тщательным исследованием в лабораторных условиях у меня нет возможности.

Верно. Тепловая энергия передаётся излучением. Но с одной важной деталью: не между газами. А между твёрдыми и жидкими телами. У твёрдых и жидких тел спектр сплошной, у газов линейчатый.

Поэтому я в этом "опыте" сильно сомневаюсь, скорее всего, это чья-то фантазия.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Вопрос сложный и требует более глубокого рассмотрения.

Угу. Но не вашими силёнками. Вам бы хотя бы Ландау-Лифшица 3 том освоить (и ещё курс общей физики перед этим).

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Рассмотрим сечения фотоэффектов в атомах.

Деточка, вы бы хотя бы подумали о разнице между эВ и МэВ. Комнатная температура - это сотые доли электрон-вольта. Оптические переходы в атомах - единицы электрон-вольт. А МэВ - это миллионы электрон-вольт, при таких энергиях фотоны могут создавать из вакуума новые электрон-позитронные пары.

Вы взяли графики фотоэффекта с сайта ядерной физики, где показано, что будет с атомом, если по нему шарахнуть такой бомбой, как МэВный фотон. Если атому повезёт, и он выживет, то то, что осталось, зачислят в график фотоэффекта. А если не повезёт - скажут, что произошла другая реакция, и к фотоэффекту она не относится.

В тепловом излучении в газе таких бомб, как МэВные фотоны, просто не водится. Там вообще фотонов мало (газ прозрачен), а какие есть - лежат в диапазоне от сотых долей до единиц эВ. Это всё вообще не вошло на приведённые вами графики. И кстати, фотоэффекта в газе тоже нет, когда он начинается (он называется ионизацией), газ становится плазмой - это температуры в тысячи кельвинов.

Чтобы в физике разобраться, её прежде всего надо полюбить. И досконально прочитать всю, а не отдельные обрывки про некоторые слова, которые вам показались знакомыми, и которые вы начали гуглить на случайных сайтах (хотя сайт nuclphys, конечно, весьма уважаемый, и доверять ему можно, но он не о том - и кроме доверия, нужны ещё и мозги).

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Как видно из графиков, у углерода имеется два пика сечений фотоэффекта, а у свинца можно выделить пять, а то и шесть пиков. Из этого можно сделать предположение, что, в атомах, каждой оболочке электронов отдельного периода соответствуют разные энергии электронов.

Нельзя. Это пики крайне грубые. И графики грубые. Реальная картина состоит из густого частокола пиков (её изучают в других диапазонах и другими средствами, а здесь усреднили для иллюстрации), и в этом частоколе нет прямых соответствий отдельным электронам. И наконец, в этих приведённых графиках вообще речь идёт не о газообразных углероде и свинце, а о твёрдых - что не позволяет вообще говорить об атомах и спектрах атомов, спектр твёрдого тела устроен совсем иначе, и на других физических принципах.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

При этом наблюдаются общие закономерности

Нет, увы. Ни черта вы наблюдать не умеете. Чтобы говорить обо всех атомах, надо и перебрать все атомы, а не только два. Ну и разумеется, закономерности там другие:
1'. Во всех атомах энергия ионизации (первой ионизации) разная, меняется в разы, и меняется периодически в зависимости от периода.
2'. Уровни энергии для выбивания электронов с нижних оболочек меняются плавно, при увеличении числа периодов - для нижних оболочек никаких скачков не происходит, это увеличение затрагивает только верхние оболочки (что логично, поскольку электроны на этих оболочках вообще впервые появляются).

И для этого надо смотреть на другие графики. Энергии ионизации атомов. Я как-то легко нагуглил, значит, и вы справитесь.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Следовательно, Для того что бы возбуждать электроны с нижних экранированных электронных оболочек нужны энергии фотонов значительно большие чем для возбуждения электронов с верхней электронной оболочки (валентных электронов).

Что не значит, что возбуждаются электроны поодиночке. Просто не значит.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Это подтверждается и спектроскопией -- именно валентные электроны формируют линейчатые спектры. Не валентные электроны не участвуют в формировании линейчатых спектров (я не рассматриваю рентгеновские частоты спектров).

Участвуют. Спектроскопию тоже надо любить.

[Alexandr007]

AAK в сообщении #566495 писал(а):

В адиабатическом сосуде средняя энергия возбужденных электронов сохраняется постоянной,

Независимо от температуры? Это не верно.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Это подтверждается и спектроскопией -- именно валентные электроны формируют линейчатые спектры.

Как подтверждается? Можно ли каждую линию привязать к валентному электрону?

AAK в сообщении #566495 писал(а):

Вопрос о механизмах движения атомов является сложным.

Хорошим приближением движения атомов является движение центра масс. Для молекул еще добавляется вращение.

AAK в сообщении #566495 писал(а):

количество переданной энергии излучения из одной камеры в другую должно соответствовать прямо пропорциональным изменениям средних энергий электронов в камерах.

Нет.
1. При комнатных температурах энергия электронной подсистемы исчезающе мала.
2. Электроны обмениваются энергией с движением атомов.