by 
Α. Από τη Θερμοδυναμική της Β΄τάξης ξέρουμε (;) ότι η μέση κινητική ενέργεια των μορίων ιδανικού αερίου είναι Kμ = (3/2) kΒΤ όπου kB = 8,6∙10−5 eV/K η σταθερά του Boltzmann και Τ η απόλυτη θερμοκρασία του αερίου.
Σύμφωνα με την Κλασική Στατιστική Φυσική, τα άτομα των υλικών όταν ταλαντώνονται έχουν αντίστοιχα θερμική ενέργεια ΕΘ = kΒΤ
Υπολογίστε την ενέργεια αυτή σε eV για θερμοκρασία περιβάλλοντος Τ = 300Κ.
Β. Για έναν τυπικό μοριακό δεσμό, η σταθερά επαναφοράς του ταλαντωτή είναι της τάξης των δεκάδων ως εκατοντάδων N/m. Έστω δύο άτομα με:
- μικρό k1 = 10N/m (μαλακό «ελατήριο)
- μεγάλο k2 =1000N/m (σκληρό «ελατήριο»)
- Ας θεωρήσουμε πλάτος ταλάντωσης, 1Ångström (1A˚= 10−10 m).
Υπολογίστε σε eVτην ενέργεια ταλάντωσης κάθε ατόμου. Αν θεωρήσουμε μάζα για τα άτομα m = 10-26kg, ποιες είναι οι αντίστοιχες συχνότητες ταλάντωσης; Δίνεται √10 = π.
Γ. Αν η σταθερά του Planck είναι h = 4,13∙10−15eV∙s, βρείτε το κβάντο ενέργειας κάθε ταλαντωτή.
Δ. Μπορείτε να εξηγήσετε τώρα σύμφωνα με την Κβαντική Φυσική, γιατί οι υψηλής συχνότητας ταλαντωτές σε θερμοκρασία περιβάλλοντος δεν ενεργοποιούνται;
Καλησπέρα Ανδρέα. Το ίδιο λέμε 🙂
Βέβαια η παρατήρηση σου “Οι απαντήσεις στα ερωτήματα δείχνουν ότι η τάξη μεγέθους είναι η ίδια.” είναι ωραία παρατήρηση!
Φυσικά και μπορεί κανείς να ρωτήσει ανεξάρτητα θέματα σε μια άσκηση! Η παρατήρησή μου είχε να κάνει με το πως ένας μαθητής θα τα έβλεπε… Από την άλλη τι συζητάμε που έχουμε αφήσει στην ύλη τα στάσιμα κύματα εξαιτίας της κβαντικής και του μέλανος σώματος αλλά δεν αναφέρεται πουθενά η σύνδεση, την κινητική θεωρία στη Β λυκείου (χωρίς να μιλάμε για βαθμούς ελευθερίας) και τη μέση μεταφορική κινητική ενέργεια αλλά και πάλι δεν αναφέρεται πουθενά η σύνδεση κλπ κλπ… (“Κύριε μας χρειάζεται η θερμοδυναμική στη Γ Λυκείου;…” 🙂 )
Καλησπέρα Μάνο. Με το 2ωρο στη Β΄και ένα Λύκειο, που χάνονται συνεχώς ώρες διδασκαλίας για δράσεις και εκδρομές, όποιος φτάνει Θερμοδυναμική έχει να αντιμετωπίσει την πλήρη αδιαφορία των μαθητών, που έχουν τελειώσει τις …Κρούσεις και μπαίνουν Στερεό ή Ταλαντώσεις. Πλέον στη Β΄ Θετικής κάνουμε ένα minimum ασκήσεων και ένα μάθημα πολύ μακριά από αυτό που θέλουμε. Και δεν φταίνε οι μαθητές. Είναι υποχρεωμένοι να ακολουθήσουν το ρεύμα.