Mijn leerboek zegt: “De hoeveelheid thermische energie wordt gevonden door de temperatuur van de stof te meten.” Maar hoe is dit waar? Temperatuur meet alleen de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes in een object, niet hoeveel deeltjes er zijn. Stel je bijvoorbeeld voor dat een paar deeltjes in een pot een superhoge snelheid hebben; dus de temperatuur in de pot zou erg hoog zijn, maar er zou niet te veel thermische energie zijn omdat er maar een paar deeltjes zijn. De oceaan daarentegen heeft veel, veel deeltjes, maar de temperatuur is lager. De oceaan heeft echter meer thermische energie! Als dit het geval is, kan de temperatuur de thermische energie uiteraard niet meten. Waarom zegt mijn leerboek dat?
Opmerkingen
- Je leerboek is een beetje verkeerd als we de zin uit de context halen (dus het kan goed zijn als we het in context lezen). De hoeveelheid thermische energie wordt gemeten door de stof te verwarmen met een bekende hoeveelheid energie en de temperatuurverandering te meten.
Antwoord
Thermische energie is precies het gemiddelde (met betrekking tot het tijdsinterval van uw meting) van de algehele translatie kinetische energie van alle deeltjes van uw systeem. Dit kan op zijn beurt verband houden met de temperatuur van uw systeem voor het geval de Hamiltoniaan scheidbaar is in de coördinaten van elk van uw deeltjes (de equipartitiestelling). In het bijzonder is de totale thermische energie evenredig met zowel het aantal $ N $ deeltjes als hun kinetische energieën (meestal is het niets anders dan het product daarvan, na gemiddelde over alle vrijheidsgraden).
In uw voorbeeld kunnen twee deeltjes met hoge snelheid nog steeds bijdragen aan de totale thermische energie, evenals een systeem van veel meer deeltjes waarbij elk van hen in plaats daarvan bijdragen aan zeer lage snelheid. Misschien wilt u een kijkje nemen op de wikipedia-pagina die wat ik hierboven heb gezegd in een notendop uitbreidt.
EDIT
Zoals hieronder wordt aangegeven, kunnen er aanvullende niet-translationele en potentiële bijdragen zijn waarmee ook rekening moet worden gehouden bij het middelen voor de totale thermische energie, in plaats van alleen de kinetische termen.
Opmerkingen
- " Thermische energie is precies het gemiddelde ([…]) van de totale translatie-kinetische energie van alle deeltjes van uw systeem. " Behandelt een nogal speciaal geval als als het de algemene betekenis definieerde. Over het algemeen zijn er niet-translationele modi en bovendien kan een deel van de energie in die modi eerder potentieel dan kinetisch zijn.
- @dmckee Jij ' re right . Ik heb mijn antwoord aangepast om uw suggestie op te nemen, bedankt!