Увеличиваются ли молекулы при нагревании?

    Все мы знаем, что если надуть пластиковую бутылку горячим воздухом, крепко-накрепко закрыть крышкой, а потом охладить, то бутылка сожмётся. Причина этого лежит в физике 8-го класса, или, если точнее, в законе Гей-Люссака, утверждающем, что отношение объёмов при разных температурах равно отношению абсолютных температур. То есть ещё со школьных времён (а может и раньше) нам всем известно, что при нагревании некоторого количества газа его объём увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

    А что насчёт того, из чего этот газ состоит? Увеличивается ли объём самих частичек газа, то есть размер атомов и молекул? Банальный ответ на этот банальный вопрос под катом.



    Ха-ха, попались!


    Ответ на этот вопрос весьма прост: как мы определим объём размер частиц (что такое размер атома/молекулы в зависимости от температуры), такой ответ мы и получим. Поскольку атомы по-своей сути — это одноатомные молекулы, то дальше мы будем называть все эти частицы единым термином "молекула".

    Если взять бутылку с газом, и из этой бутылки взять одну единственную молекулу, то окажется, что для неё не возможно (по-честному) даже принципиально измерить температуру. Частица находится в каком-то конкретном (квантовом) состоянии, которое мы можем определить и измерить, но при этом мы не сможем засунуть ей в в неё термометр и узнать сколько там у неё градусов. Связанно это с тем, что «температура» — это свойство макроскопических (т.е. больших) систем, состоящих из большого числа частиц. А значит если молекул в системе мало, то и измерять у этой системы нечего. «Большое число частиц», конечно, это плавающее понятие, но обычно оно измеряется в молях, или в числах Авогадро ($N_\mathrm{A} \approx 6.02 \cdot 10^{23}$), поэтому очевидно, что одна молекула горааааздо меньше этого порядка величин, а значит само понятие температуры не применимо к одной, двум, да даже десяти молекулам.

    Что такое температура?


    Но что вообще такое температура? Ещё со школы мы знаем, что есть т.н. абсолютная температура T, измеряемая в градусах Кельвина. Именно она стоит во всех газовых законах, в частности в уравнении Менделеева-Клайперона.

    Для забывших, как выглядит уравнение Менделеева-Клайперона
    Это уравнение имеет вид $PV=nRT$, где P — давление, V — объём, n — количество вещества (в молях), R = 8.314 Дж/(моль · К) — универсальная газовая постоянная, а T — абсолютная температура в Кельвинах (К).

    Абсолютная температура связанна с относительной температурой t, измеряемой в градусах Цельсия, как $T \approx t - 273^\circ$, и абсолютный ноль (T=0, или же $t \approx - 273^\circ$) — это недостижимая величина. Ещё всем в голову вбивают мантру:
    абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

    Но эта мантра не объясняет, что же именно из себя представляет температура.

    Попробуем разобраться. Начнём с простого примера. Закроем глаза и представим себе Африку: жаркую, солнечную, заполненную равнинными саваннами, и с горой Килиманджаро торчащей посередине. А ещё там есть слоны.

    Каждый слон имеет определённую (большую) массу, и поэтому любое поднятие своей туши из равнинной местности в горную — это большая затрата энергии.

    Представим, что слоны голодные, поэтому энергии у них мало. Будучи слоном, я бы в таком состоянии не попёрся бы в гору, а тусовался бы в саванне. В горы бы я ходил только по очень-очень большой нужде. В результате, если бы мы сняли фотографию Африки со спутника, она бы выглядела примерно так, как показано на картинке ниже: много-много слонов на равнине, и очень мало смелых и отчаянных в горах, причём, чем выше — меньше вероятность найти слона.

    image

    А теперь представим, что слоны хорошенько поели, да ещё какой-нибудь [Роскомнадзор] ещё для скорости им в еду подсыпали, так что энергии у слонов много. В этом случае, что равнина, что гора, слоны будут туда переться без особой устали, поэтому теперь вероятность отыскать слона на равнине и в горах будет отличаться уже меньше, чем в предыдущем примере (см. картинку ниже), хотя всё ещё будет сохраняться правило: чем выше на гору — тем меньше слонов.

    el-on-mntns-v2-hot

    Эти два примера весьма точно иллюстрируют случаи газа с низкой (первый) и высокой (второй) температурой. У каждой молекулы (слона) есть какая-то своя энергия, в нашем примере — это гравитационная энергия $E(h) = mgh$, где m — масса, g = 9.8 м/c2 — ускорение свободного падения, а h — высота над равниной. Из энергии каждой конкретной частицы (места, где нашли слона) мы не можем ничего сказать о том, как всех слонов покормили в целом, но именно то, сколько на всех выделили еды, или другими словами, сколько энергии вкачали в среднем во всю систему, даст нам распределение слонов по ландшафту Африки. Собственно, температура в наших примерах — это общая величина накормленности всех слонов во всей Африке. Именно поэтому мантра из школьного курса физики и оказывается верна — температура — это то, сколько в среднем энергии (причем, как кинетической, так и потенциальной) имеет каждая молекула, или, что в данном случае эквивалентно, какова вероятность найти частицу с очень большой энергией. Но более точно, температура — это параметр распределения Больцмана (или Гиббса) — распределения частиц по состояниям с различной энергией. Это распределение говорит нам, что чем выше температура, тем больше высокоэнергетических молекул относительно числа низкоэнергетических мы имеем.

    Распределение Больцмана
    Собственно, распределение Больцмана имеет вид:

    $n(E) = \frac{1}{Z} \exp\left(-\frac{E}{RT} \right)$


    где n(E) — это число частиц с энергией E, R — универсальная газовая постоянная (см. предыдущий спойлер), а T, само собой, температура.

    В примере же со слонами мы иллюстрировали т.н. барометрическую формулу: частный случай распределения Больцмана, показывающий как меняется давление газа с увеличением высоты:

    $P(h) = P_0 \cdot \exp\left(-\frac{Mgh}{RT} \right)$


    где P(h) — это давление на высоте h, $P_0 = P(0)$, а M — это молярная масса газа.

    Растут ли атомы от температуры?


    Теперь, собственно, можно перейти к вопросу: а растут ли, например, атомы при росте температуры. Само собой, каждый конкретный атом находится в каком-то квантовом состоянии, поэтому от температуры его размер не зависит, но вот средний размер всех атомов в сосуде с газом от той самой температуры зависеть уже будет.

    Представим себе, например, атом водорода: тяжёлый протон, а вокруг него летает электрон. Поскольку протон положительный, а электрон отрицательный, то один притягивает другой по закону Кулона, который выглядит точно так же как ньютоновская гравитация, поэтому в этом смысле атом вполне себе напоминает, например, Солнце и Землю, летающую вокруг него. Только, как говорит нам (далеко не полностью удачная, см. например, тут) атомная модель Бора, в отличие от системы «звезда + планета», электрон летает вокруг ядра только по орбитам определённого радиуса.
    h-atom-orbits

    Так или иначе, чем больше энергии мы закачиваем в атом водорода, тем более широкая орбита будет доступна электрону для полёта вокруг ядра. Естественно, если мы возьмём один конкретный атом, мы можем узнать его орбиту, и она ничего нам о температуре всех атомов не скажет. Но вот если мы измерим радиусы у множества атомов, а потом усредним полученные величины, то у нас действительно возникнет зависимость от температуры для этого среднего числа. В результате получится что-то типа такой картинки:

    h-atom-r-vs-t

    Из неё видно, что чтобы начать замечать хоть какие-то изменения в размере электронной оболочки, нужно ооочень сильно нагреть атом (в данном случае до более 10000 градусов). Это в целом общий тренд.

    Как была посчитана эта зависимость
    Подробнее о формулах можно узнать в этом посте.

    Если кратко, то радиус орбиты (R) в зависимости от главного квантового числа n=1,2,3… — это

    $R_n = n^2 R_0 $


    где R0=5.3×10−11 метра − это боровский радиус. Энергия (E) же орбиты имеет вид

    $E_n = -\frac{E_h}{2n^2} $


    где Eh= 4.3597447222071(85)×10−18 Джоулей − это энергия Хартри.
    Далее используя распределение Больцмана для одной частицы, мы можем посчитать среднее значение радиуса от температуры как

    $\langle R\rangle(T) = \frac{\sum_{n=1}^{+\infty} R_n \exp(-N_\mathrm{A}\cdot E_n/(RT))}{\sum_{n=1}^{+\infty} \exp(-N_\mathrm{A}\cdot E_n/(RT))} $


    Знаменатель у нас появляется из-за того, что полная вероятность всех исходов измерений должна быть равна единице.

    Иными словами, ответ на вопрос поста: да, при нагревании электронные оболочки атомов (и молекул) в среднем расширяются. Но, это увеличение очень маленькое, и требует нагрева до очень высоких температур, к которым мы в обыденной жизни не привыкли.

    Растут ли молекулы от температуры?


    Теперь зададимся вопросом: а что если наша молекула составлена не из одного, а из двух, трёх или более атомов? Можем ли мы что-то сказать о межатомных расстояниях в ней, как ведут они себя при повышении температуры? Для простоты, естественно, ограничимся двухатомными молекулами, кои, в частности, составляют как минимум 98.7 % нашей атмосферы (азот и кислород).

    У нас есть один атом, у нас есть второй атом: ммммм, и расстояние между ними, обозначим его как R. Как ведёт себя потенциальная энергия взаимодействия этих атомов в зависимости от R?

    • Если мы разведём атомы оооочень далеко друг от друга, то химическая связь между ними давно будет разорвана. Поэтому особой разницы от того, что расстояние мы увеличим от «очень много» до «очень много и ещё чуть-чуть», мы не заметим. Иными словами при R → ∞ у нас должна быть горизонтальная асимптота.
    • Если же, наоборот, мы будем пытаться впихнуть один атом в другой (R → 0), то в какой-то момент мы выгоним из пространства между этими атомами все электроны, ибо те не идиоты, чтобы тусоваться в токсичной высокоэнергетической атмосфере, и у нас останутся два голых положительно заряженных ядра, отталкивающиеся друг от друга через Кулоновскую силу. Т.е. при R → 0 у нас будет вертикальная асимптота, стремящая потенциальную энергию взаимодействия атомов в высокоэнергетическую бесконечность.
    • Ну и, логично, что не будь какого-то минимума на этой потенциальной кривой между R=0 и R → ∞, то самих молекул о которых мы говорим, не существовало бы.

    В итоге мы понимаем, что кривая потенциальной энергии взаимодействия имеет следующий вид:

    diat-pes

    Атомы в молекуле всегда колеблются, даже при абсолютном нуле, когда никакой лишней энергии не осталось. Из-за принципа неопределённости они не могут просто скатиться в минимальную по энергии точку на потенциале и сдохнуть лежать, свернувшись калачиком: им приходится совершать т.н. нулевые колебания. Если же энергия у них выше, то и колеблются они с большей амплитудой. Поэтому возникает вопрос: а как конкретно колеблются атомы?

    Если бы слева и справа от точки минимума потенциал был одинаков, как, например, в случае закона Гука, то атомы во время колебаний отклонялись бы в область малых значений межатомных расстояний ровно то же количество времени, сколько и в область больших значений. В этом случае бы среднее значение межатомного расстояния при любой температуре было бы равно значению расстояния в точке минимума. Иными словами, если бы мы взяли газ, и в любой момент времени сфоткали все молекулы, а потом посчитали бы среднее значение для всех расстояний между атомами, то в итоге получили бы расстояние в точке минимума.

    Но реальность у нас другая: слева от точки минимума (при R → 0) у молекулы стоит жёсткая стенка, а справа (при R → ∞) — мягкий диван. Вопрос: где будет больше времени проводить молекула: долбиться о стенку, или валяться на диване? Правильно: конечно на диване. Иными словами, распределение расстояний в молекуле, что при абсолютном нуле, что при какой-то температуре, будет несимметричным, поэтому среднее значение расстояний будет сдвинуто в сторону больших расстояний относительно минимального. Мало того, при повышении температуры, т.е. когда мы будем закачивать больше кинетической энергии в систему, увеличивая амплитуду колебаний, молекула будет видеть гораздо более жёсткую стенку, и гораздо более мягкий диван. Поэтому среднее значение межатомных расстояний будет расти с ростом температуры, а значит и средний размер молекул, причём всех, не только двухатомных, будет увеличиваться.

    К сожалению, чтобы посчитать этот рост среднего расстояния, потребуется много больше усилий, чем в случае атома водорода. Но можно пойти другим путём, и поискать, а не исследовался ли этот вопрос в экспериментах?

    И порывшись на просторах этих наших Интернетов, можно набрести на следующую работу: J. Chem. Phys. 79, 170 (1983). В ней делали эксперимент буквально описанный выше:

    • брали кучу молекул углекислого газа (CO2) и нагревали их до разных температур, в диапазоне температур от комнатной (300 K ≈ 25oC) до «ай как горячо» (1000 К ≈ 730oC ),
    • при каждой выбранной температуре делали «фотку» всех молекул при помощи электронов (этот метод зовётся газовой электронографией, о нём можно немного почитать здесь),
    • ну а дальше буквально измеряли средние значения для межатомных расстояний на каждой фотке.

    В результате они, в частности, получили следующую зависимость средней длины двойной связи C=O в молекуле углекислого газа (O=C=O):

    co2-ged

    Из графика видно, что при нагреве от комнатной температуры до 1000 градусов К это среднее значение выросло почти на 0.004 Å (1 ангстрем, Å, = 10—10 метров). Конечно, в наших привычных величинах это очень мало, но сама длина связи C=O в этой молекуле составляет 1.2 Å, так что это рост на почти 0.3 %! Вполне себе заметная величина при нагреве, достижимом привычными средствами (например, газовой плитой).

    Зачем это вообще знать?


    Да хотя бы просто ради любопытства. Разве не прикольно поспорить с коллегой на чашку кофе, что при нагреве контейнера с едой в микроволновке помимо объёма газа увеличится и размер частиц газа? Ну и в практическом смысле это тоже важно. Все эти температурные расширения/уменьшения всяких макроскопических объектов, таких как рельсы, провода линий электропередач, да даже крышки банки под горячей водой, работают ровно по тому же механизму, что и для молекул газа: средние межатомные расстояния увеличиваются, т.к. в систему при увеличении температуры закачивается больше энергии движения частиц. И по-моему, осознание того, что за такими обыденными явлениями стоят такие нетривиальные процессы, вдохновляет на новые подвиги и свершения.

    Всех благ, и да пребудет с Вами межатомная сила.
    Реклама
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее

    Комментарии 75

      +2
      Чего-то я тут не дотумкал. Тела как известно расширяются при нагревании. И те, что состоят из вар дер Ваальсово связанных молекул, и ковалентно связанные, и вообще все. В чем сомнение?
        +1
        Видимо, сомнения в том что именно увеличивается: сами молекулы или расстояния между ними
          +3
          Так ведь молекула это и есть «расстояние между атомами». Посмотрите на кристаллическую решетку любого вещества — вы не сможете выделить там именно молекулу, там каждый атом связан со всеми соседями. Иначе твердые тела бы не могли существовать. Термин «молекула» это упрощение, показывающее соотношение атомов и типичные связи между ними. То есть NaCl, Na(2)Cl(2) и Na(100500)Cl(100500) это одно и то же вещество.
          А по существу статьи: молекулы с нагреванием увеличиваются, атомы — нет. Атомы увеличиваются с возбуждением. Например, на вещество попал фотон света, возбудил электрон и вытолкнул его на более высокую орбиталь. Атом при этом увеличился, молекула — нет. Потом электрон релаксирует, спускается на более низкую орбиталь, передавая энергию в тепло. Атом уменьшается, молекула увеличивается.
            +4
            Термин «молекула» это упрощение, показывающее соотношение атомов и типичные связи между ними. То есть NaCl, Na(2)Cl(2) и Na(100500)Cl(100500) это одно и то же вещество.

            кристаллы бывают разные. Возьмите таблетку парацетамола: там будут изолированные молекулы, уложенные хитрым образом (это молекулярные кристаллы). Те же кристаллы, о которых Вы говорите (ионные и металлические) — это по-сути одна большая молекула.
            А по существу статьи: молекулы с нагреванием увеличиваются, атомы — нет. Атомы увеличиваются с возбуждением.

            Почитайте внимательно. Об этом и написано. Но когда у нас в системе есть некая мера общей энергии возбуждения (температура), то средние свойства системы, в частности размеры атомов, оказываются зависимы от температуры.
            Потом электрон релаксирует, спускается на более низкую орбиталь, передавая энергию в тепло.

            Внутренняя конверсия происходит в случае одной изолированной молекулы. Если же у Вас ансамбль молекул, который греется внешним термостатом, то эти процессы сброса энергии компенсируются нагревом.
              0
              там будут изолированные молекулы, уложенные хитрым образом
              За счет чего они держатся вместе? Уж не за счет тех же сил, которые держат атомы внутри молекулы?
              Лучшим примером были бы всякие органические молекулы с водородными связями… вот только это все равно связи атомов с атомами.
              Но когда у нас в системе есть некая мера общей энергии возбуждения (температура)
              Не путайте возбуждение и температуру. Возбужденный электрон может релаксировать и с испусканием кванта света (лазер). А может «запрыгнуть» на потенциальный барьер (фотодиод).
                +3
                За счет чего они держатся вместе? Уж не за счет тех же сил, которые держат атомы внутри молекулы?

                Не совсем. Основные силы, удерживающие атомы внутри молекул — это ковалентные и ионные связи. Межмолекулярные же взаимодействия — это зоопарк более слабых сил.
                • Мультипольные взаимодействия частиц (диполь-дипольное, квадрупольное, и т.д.). Если в молекулах есть некое распределение зарядов, созданное ионными и ковалентными связями, то молекулы будут притягиваться/отталкиваться этими зарядами.
                • Индукционные силы. Это если одна молекула имеет некое распределение зарядов, а вторая — нет (это, например, углеводороды). В этом случае заряды одной молекулы наведут порчу заряды в другой молекуле, и с ними будут взаимодействовать.
                • Дисперсионные силы. Это если обе молекулы не имеют никаких зарядов внутри. В этом случае взаимодействие будет происходить в те моменты, когда из-за квантовых флуктуаций электронной плотности в обеих молекулах будут возникать заряды.

                Все эти силы действительно действуют и внутри молекул, но их вклад на порядки меньше, чем стабилизация атомов ковалентными и ионными связями.
                Не путайте возбуждение и температуру.

                А я и не путаю. Эффект от температуры в системе — это возбуждение/отбор энергии у молекул. Основным механизмом тут, конечно, будет столкновение частиц, но работает это аналогично взаимодействию с излучением (конечно, правила отбора другие, но всё же).
                  –2
                  Не совсем. Основные силы, удерживающие атомы внутри молекул — это ковалентные и ионные связи
                  И эти же связи обычно удерживают молекулы. Именно потому что твердое тело — монолит, в нем нет четкой границы между молекулами. Ну хорошо, при желании можно найти тела, в которых молекулы обособлены, но даже в них размер тела определяется размером связей — внутри обособленной молекулы и между ними.
                  А я и не путаю. Эффект от температуры в системе — это возбуждение/отбор энергии у молекул.
                  Возбуждение атома это переход электрона на внешнюю орбиталь.
                  Нагрев атома это амплитуда его колебаний в решетке.
                  Да, одно может переходить в другое, но это разные явления.
                    +4
                    И эти же связи обычно удерживают молекулы.

                    :facepalm: Вам только что напомнили то, чему учат в школьных курсах физики и химии, а Вы продолжаете талдычить ту же ерунду? Две статьи на Википедии Вам на прочтение:


                    Именно потому что твердое тело — монолит, в нем нет четкой границы между молекулами.

                    Твёрдые тела бывают разными. Есть кристаллические твёрдые тела, в которых есть дальний порядок. Кристаллы могут быть ионными (упомянутый NaCl), металлическими (кусок медной проволоки), а могут быть молекулярными, причём тут возможны варианты от малых молекул (сахар, лёд) до высокомолекулярных кристаллов, где молекулы имеют гигантские массы (какой-нибудь кусок кристаллического пластика).
                    Может я Вам открою секрет, но бывают ещё и не кристаллические твёрдые тела, типа стёкол, где нет дальнего порядка.
                    Чтобы расплавить молекулярный кристалл нужно не очень много энергии, т.к. силы, удерживающие молекулы вместе — слабые. Поэтому лёд плавится при 0°C, а сахар — при 190°C А чтобы расплавить металлический/ионный кристалл, нужно иметь существенно больший нагрев, т.к. кристалл в данном случае, по-сути, одна большая молекула, и её плавление = разрыв химической связи, а не межмолекулярных взаимодействий. Именно поэтому для медной проволочки Вам нужно будет дойти до 1085°C, а для поваренной соли — до 801°C.
                    Возбуждение атома это переход электрона на внешнюю орбиталь.
                    Нагрев атома это амплитуда его колебаний в решетке.
                    Да, одно может переходить в другое, но это разные явления.

                    Угу. Колебательные возбуждения из ИК/терагерцового диапазона (включая всякие аммиачные мазеры), вращательная спектроскопия в миллиметровом-микроволновом-радиодиапазоне, магнитный резонанс в радиодиапазоне — это всё сказки, этого не существует.
                      0
                      Поэтому лёд плавится при 0°C, а сахар — при 190°C А чтобы расплавить металлический/ионный кристалл, нужно иметь существенно больший нагрев
                      То есть ртуть и галлий уже не образуют металлических кристаллов?
                      кристалл в данном случае, по-сути, одна большая молекула, и её плавление = разрыв химической связи, а не межмолекулярных взаимодействий.
                      «плавление твердого тела — разрыв химических связей, а не химических связей». Вы сами поняли что написали?
                      Угу. Колебательные возбуждения из ИК/терагерцового диапазона (включая всякие аммиачные мазеры), вращательная спектроскопия в миллиметровом-микроволновом-радиодиапазоне, магнитный резонанс в радиодиапазоне — это всё сказки, этого не существует.
                      В том виде, как вы описываете — возбуждение нагревом — разумеется, сказки. Вы бы хоть почитали как производится накачка тех же лазеров и почему для них одного возбужденного состояния недостаточно. А также почему полупроводниковым — достаточно.
                      Дело тут не в нагреве. Еще раз повторяю: не путайте его с возбуждением.
                        +2
                        То есть ртуть и галлий уже не образуют металлических кристаллов?

                        Вы правда думаете, что если не понимаете как работает правило, то поймёте, почему из него есть исключения?
                        «плавление твердого тела — разрыв химических связей, а не химических связей». Вы сами поняли что написали?

                        Я написал совсем не это, поэтому прекрасно понял, что я написал. А вот что и как Вы прочитали я решительно не понимаю :S
                        Вы бы хоть почитали как производится накачка тех же лазеров и почему для них одного возбужденного состояния недостаточно.

                        Я прекрасно знаю как работают лазеры. Собственно, если Вам так неймётся, лазеры работают за счёт неравновесного инвертированного состояния (если говорить в терминах распределения Больцмана, то для них стоило бы вводить отрицательную температуру, впрочем, некоторые так и делают), и там суть их работы в неравновесности ансамбля. Зачем их привлекать к разговору, когда речь идёт о заведомо равновесных системах (для других температура по-честному не определяется).
                        Дело тут не в нагреве. Еще раз повторяю: не путайте его с возбуждением.

                        Просто прочитайте про излучение абсолютно чёрного тела, если Вы так пристали к лазерам. Или, по-Вашему, лампочки накаливания не могут давать свет? Или они работают как лазеры?

                          0
                          Зачем их привлекать к разговору, когда речь идёт о заведомо равновесных системах
                          Потому что мы говорили о возбужденном состоянии, которое по определению неравновесно. А то, что вы упорно пытаетесь смешать его с температурой так это исключительно ваши проблемы.
                          Или, по-Вашему, лампочки накаливания не могут давать свет?
                          Вот и сравните температуру лампочки и светодиода той же яркости. Ой, как же так, она отличается! Но ведь это невозможно, madschumacher же говорит что возбуждение и нагрев это одно и то же, значит и нет разницы какую энергию переводить в свет.
                            +1
                            Потому что мы говорили о возбужденном состоянии, которое по определению неравновесно. А то, что вы упорно пытаетесь смешать его с температурой так это исключительно ваши проблемы.

                            Ок, давайте я попробую Вам чуть-чуть объяснить это всё дело на пальцах, а точнее на простейшем примере и картинке.
                            Представьте себе, что Ваша сисиема — это анасамбль из частиц, у которых есть только два состояния: основное (|0⟩) с энергией E = 0) и возбуждённое (|1⟩) c энергией EE.

                            Примеров таких систем полно, например, спины протонов в магнитно-резонансном томографе.
                            Возбуждение с точки зрения одной частицы — это находиться в состоянии |1⟩. При абсолютом нуле у нас бы была ситуация "T=0": все частицы в системе будут находиться на основном уровне (|0⟩). Полностью обратная ситуация будет, если все частицы переместятся наверх по энергии, в состояние |1⟩. Это и будет наиболее возбуждённое состояние всей системы, которое Вы видно себе представляете.

                            Что же в термическом равновесии? Всё просто: заданная температура (T) даст нам распределение частиц в основном (n0) и в возбуждённом (n1) состояниях. Соотношение этих величин даётся распределением Больцмана: n1/n0 = exp(-ΔE/(kT)).

                            Это значит, что при любой температуре T > 0 у нас всегда есть ненулевая вероятность найти частицу в возбуждённом состоянии. Чем выше температура (верхний ряд на картинке, слева на право), тем больше частиц у нас будет возбуждено. Собственно, поэтому у нас абсолютно чёрное тело и светит: в нём из-за высокой температуры у нас есть возбуждённые частицы, которые излучают, в т.ч. и наружу из системы.

                            Естественно, что этим случаем не исчерпывается список тех, состояний, в которых может быть система. Любое распределение по уровням энергии, отличное от Больцмановского — это неравновесное состояние. И естественно, в них может быть избыток числа возбуждённых частиц над теми, что в основном состоянии. И эти инвертированные состояния и дают тот самый свет лазера.

                              0
                              Что же в термическом равновесии?
                              Я не говорил про равновесное состояние. Наоборот, постоянно приводил примеры неравновесных состояний. Тот же атом, поглотивший квант света и стремящийся релаксировать либо либо с излучением его обратно, либо с рассеянием в тепло.
                                0
                                Наоборот, постоянно приводил примеры неравновесных состояний

                                Из общения с Вами, я понял, будто бы Вы утверждаете, что в равновнсной состоянии при некоторой температуре нет возбужденных атомов/молекул и т.д. Я и пытался донести до Вас, что это не так.


                                То, что в неравновесных состояниях есть атомы/молекулы/и т.д. в возбужденных состояниях, понятно и ежу. И про подобные состояния в статье даже отделенно речи не было.

                                  0
                                  Нет. Я говорил что возбужденное состояние и температура — не одно и то же, хотя и могут переходить друг в друга. А за размер тела отвечает именно температура.
                                    +2
                                    Я говорил что возбужденное состояние и температура — не одно и то же, хотя и могут переходить друг в друга.

                                    Ну так это и не правильно. Существует множество способов получить возбуждённые состояния частиц в ансамбле, и нагрев — один из них. Не очень эффективный, но один из самых простых.
                                    А за размер тела отвечает именно температура.

                                    За размер тел отвечает много чего. Для тех же кристаллов влияние температуры на размер очень мало (о чём, по-сути, в тексте и писалось). Но для газов, да, но это и очевидно из уравнения идеального газа (PV=nRT).
                                      0
                                      Я говорил что возбужденное состояние и температура — не одно и то же, хотя и могут переходить друг в друга.

                                      Ну так это и не правильно.

                                      То есть вы утверждаете, что возбуждение атома и нагрев тела это одно и то же. Тогда почему температура светодиода и спирали лампочки накаливания различается?
                                      Но для газов, да, но это и очевидно из уравнения идеального газа
                                      Газ на то и газ чтобы не иметь постоянного объема. А значит, и говорить что он расширяется можно только подразумевая наличие внешних сил, этому препятствующих.
                                      Ну и в первом приближении газ вообще рассматривается как материальные точки, взаимодействующие друг с другом чисто механически.
                                        +1
                                        То есть вы утверждаете, что возбуждение атома и нагрев тела это одно и то же.

                                        Нет конечно! Это сложно взаимосвязанные штуки (причём взаимосвязь частично разобрана в статье). Но повышение температуры (нагрев) — это один из способов возбуждения атомов.
                                        Тогда почему температура светодиода и спирали лампочки накаливания различается?

                                        Потому что диод не работает по низкоэффективному механизму возбуждения (т.е. за счёт нагревания). А вот лампочка — работает, но это оффтоп.
                                          0
                                          То есть вы все-таки признаете, что нагревание — лишь один из способов возбуждения, но не единственный?
                                            +1
                                            А я когда-то говорил обратное?! Пожалуйста, приведите цитату, в которой я такое (или аналогичное говорил).
                                              0
                                              Вы с самого начала дискуссии именно это и утверждали.
                                              возбужденное состояние и температура — не одно и то же

                                              Ну так это и не правильно.
                                                +1
                                                Очень мило обрезано то, что было написано сразу после этой фразы:
                                                Существует множество способов получить возбуждённые состояния частиц в ансамбле, и нагрев — один из них. Не очень эффективный, но один из самых простых.

                                                :)
                                                  –1
                                                  Очень мило обрезано то...

                                                  … что не влияет на суть.
                                                    +1
                                                    … что не влияет на суть.

                                                    Ну ок, как Вам удобно считать :)
                                                      –1
                                                      Остается только повторить вопрос: вы признаете наконец что возбуждение и нагрев это разные процессы?
                                                        0
                                                        Сам Ваш вопрос
                                                        вы признаете наконец что возбуждение и нагрев это разные процессы?

                                                        очень плохо сформулирован. Это будто ответить, что я перестал пить коньяк по утрам, хотя я люблю начинать утро с ирландского кофе.

                                                        Если с утверждением: возбуждение системы — это очень многозначный термин, который в целом может не совпадать с тем, что происходит в термодинамическом процессе «нагревание системы», то да, согласен.

                                                        А если с утверждением: «нагрев тела не приводит к возбуждению его степеней свободы», то нет.
                                                          0
                                                          То вы утверждаете что нагрев и возбуждение это одно и то же, теперь пытаетесь вывернуться что разные. Определитесь уже
                                                            +1
                                                            То вы утверждаете что нагрев и возбуждение это одно и то же, теперь пытаетесь вывернуться что разные.

                                                            В который раз: я говорю, что нагрев приводит к возбуждению. В этом смысле можно поставить знак равенства между нагревом и возбуждением частиц в системе.
                                                            Собственно, мне не понравилось, что Вы говорите, что это разные вещи:
                                                            Возбуждение атома это переход электрона на внешнюю орбиталь.
                                                            Нагрев атома это амплитуда его колебаний в решетке.
                                                            Да, одно может переходить в другое, но это разные явления.

                                                            Это очень неправильная дихотомия.
                                                            Увеличение амплитуды колебания, к Вашему сведению, это тоже возбуждение, просто не электронных степеней свободы, а колебательных (в кристалле это фононы).

                                                            Но если хорошенько подогреть систему, то получите и возбуждённые молекулы/атомы.
                                                              0
                                                              Поправка. Здесь:
                                                              получите и возбуждённые молекулы/атомы.

                                                              должно быть
                                                              получите и электронно возбуждённые молекулы/атомы.
                                                                0
                                                                В который раз: я говорю, что нагрев приводит к возбуждению.
                                                                А я еще раз говорю: к возбуждению приводит не только нагрев. Поэтому ставить между ними знак равенства нельзя.
                                                                Собственно говоря, на практике возбуждение почти всегда понимается относительно равновесного состояния, а не от абсолютного нуля. Когда мы говорим про возбуждение падающим светом, мы же не имеем в виду что остальные, невозбужденные, атомы, на которые фотон не попал, находятся при абсолютном нуле. Нет, мы говорим что возбужден именно этот и он стремится релаксировать, перевести энергию либо обратно в свет, либо в тепло. И снова стать невозбужденным.
                                                                  0
                                                                  А я еще раз говорю: к возбуждению приводит не только нагрев.

                                                                  Как я указывал в предыдущем сообщении, изначально Вы говорили, нечто другое. Но Ваша нынешняя формулировка+поясение меня полностью устраивают.
                                                                    0
                                                                    Как я указывал в предыдущем сообщении, изначально Вы говорили, нечто другое.
                                                                    Цитату в студию.
                                                                    Я с самого начала говорил что возбуждение и нагрев это разные вещи, которые, однако, могут переходить друг в друга.
                                                                    Это вы утверждали что это одно и то же.
                                                                      +1
                                                                      Цитату в студию.

                                                                      Вот:
                                                                      Возбуждение атома это переход электрона на внешнюю орбиталь.
                                                                      Нагрев атома это амплитуда его колебаний в решетке.
                                                                      Да, одно может переходить в другое, но это разные явления.

                                                                      Чисто с физической точки зрения это неправильное и убогое утверждение, что я уже много раз разбирал выше.

                                                                      Это вы утверждали что это одно и то же.

                                                                      Я утверждал, что это одно и то же в очень узком смысле, о чём тоже уже исписал много строк.
                                                                        –1
                                                                        Чисто с физической точки зрения это неправильное и убогое утверждение, что я уже много раз разбирал выше.
                                                                        Это правильное утверждение. Никаких опровержений вы не привели, только талдычили один и тот же бред что возбуждение и температура это одно и то же.
                                                                          +1
                                                                          Это правильное утверждение.

                                                                          Мне нечего Вам сказать нового по этой теме, извините.
                                                                          Никаких опровержений вы не привели

                                                                          С этим утверждением я не согласен, я даже картинки рисовал, чтобы объяснить что к чему. Но видимо этого недостаточно, поэтому извините, ничего нового я предложить не могу.
                                                                          только талдычили один и тот же бред что возбуждение и температура это одно и то же.

                                                                          То, как Вы интерпретируете мои сообщения, по-ходу, очень слабо связано с тем, что в них написано.
                                                                            0
                                                                            Если вы действительно не видите разницы между возбуждением и нагревом и правда лучше ничего не говорить.
                    0
                    Не путайте возбуждение и температуру.

                    Это «в среднем» одно и то же. То есть температура это мера средней энергии на одну степень свободы для равновеных состояний. Если есть возможность накапливать энергию в какую-то степень своборы (движение, вращение, возбуждение...) то энергия туда будет накапливаться. Если что-то запрещает, например квантование энергетических уровней — на порядки выше средней «тепловой» энергии, то в эту степень свободы накопления не будет. Ну не забывать, что понятие температуры — оно для более-менее равновесных состояний…
                  0
                  С молекулами ровно так же, как и у атомов, только там колебательные и вращательные уровни, а кванты в инфракрасной и радио области.
                    0
                    Да, это так, но для разных видов движений есть свои ньюансы, например, я не писал про центробежное растяжение молекул, которое тоже вносит свой вклад в увеличение молекул газа при высоких температурах. Механизм его работы будет отличаться от описанных выше.
                  +1
                  ни то, ни, по сути, то. Нагрев — увеличение кинетической энергии молекул, рост скорости их полёта. Из-за этого больше ударов с большей энергией о стенки сосуда, что называется «рост давления». Увеличив объём — увеличиваем пролётное время и повышаем вероятность того, что молекулы будут ударяться друг об друга, а не о стенки. Давление — снижается.
                  Менять размер молекул/атомов/кварков не требуется. Это и не происходит. Когда происходит — растёт их потенциальная энергия, что означает снижение температуры.
                  Нам это объясняли в школе где-то в 70-м году. Уже перестали?
                    0
                    Нагрев — увеличение кинетической энергии молекул, рост скорости их полёта. Из-за этого больше ударов с большей энергией о стенки сосуда, что называется «рост давления».

                    Вы вообще статью читали? Там ничего не говорится о том, откуда появляется уравнение идеального газа. Увеличение размера молекул при нагревании — это малый и тонкий эффект.
                    Это и не происходит.

                    Т.е. если я нагрею кусок металла, то он не увеличит свой размер?
                      0
                      я не на статью отвечал, а на коммент. Кусок металла увеличится всё по той же причине — скорость молекул/атомов растёт, и они смещаются дальше при прежних удерживающих силах. До определённого момента, когда удерживающих сил недостаточно. Тогда происходит перестройка кристаллической структуры, расплавление, испарение и тп. Что, в силу изменения потенциальной энергии может привести и к уменьшению объёма (опять же, школьный опыт с нагревом проволоки, которая провисает, а потом натягивается при нагреве).

                      Изменение размеров молекул и атомов — не нагрев по определению.
                        0
                        Изменение размеров молекул и атомов — не нагрев по определению.

                        Это не нагрев. Это следствие нагрева в определённого сорта наблюдаемых.
                          0
                          изменение «размера» атома из-за перехода электронов по энергетическим уровням вовсе не означает однозначной связи с изменением размера молекул или расстояния между ними.

                          Лучше объясните, почему при нагреве от 0°С до +4°С вода уменьшается в объёме :-D
                            0
                            изменение «размера» атома из-за перехода электронов по энергетическим уровням вовсе не означает однозначной связи с изменением размера молекул или расстояния между ними.

                            Именно поэтому увеличению расстояний между атомами посвящён отдельный кусок статьи. А про расстояния между молекулами в газе/жидкости речи вообще не шло.
                            Лучше объясните, почему при нагреве от 0°С до +4°С вода уменьшается в объёме :-D

                            См. выше (статья вообще не о межмолекулярных расстояниях, это отдельная тема).
                  0
                  Тела как известно расширяются при нагревании. И те, что состоят из вар дер Ваальсово связанных молекул, и ковалентно связанные, и вообще все

                  Не все.
                  +1
                  Наверное поэтому рекомендуют подогревать пищу? Чтобы её стало больше, видимо:)
                  Интересно, до какой температуры необходимо подогреть сэндвич, чтобы он стал в два раза больше?
                    +4
                    Основной закон теплового расширения: image
                    Коэффициент теплового расширения сэндвича, приблизительно, можно взять как для пластмасс (хлеб вроде как набор разнодлинных молекул, в данном случае). Для полиэтилена image составляет примерно 10*10E-5 -> 10E-4.
                    Получается, что нагрев сэндвич до 10000°C мы удвоим его размер. :)
                      +1
                      нагрев сэндвич до 10000°C мы удвоим его размер.

                      Если трактовать «размер» как «максимальное расстояние от одной молекулы предмета до другой», то боюсь, размер далеко не удвоится.
                    +1

                    Летящая в космосе молекула для неподвижного наблюдателя обладает энергией и вобщем-то является нагретым микрообъектом. Попав в наблюдателя она повысит его температуру.
                    Рядом с наблюдателем еще одна молекула, неподвижная. Какая из молекул больше? А если рядом с первой движется тоже наблюдатель? Относительно него первая молекула "холодная". На чьей стороне правда?

                      +1
                      Да, нет на свете правды. Всё суета.
                        +2
                        вобщем-то является нагретым микрообъектом

                        Нет, она является обьектом с некоторой энергией, которую она сообщает наблюдателю, и тем самым увеличивает его температуру.
                        А то так можно договориться до того, что у нас в куске вещества есть «холодные» и «горячие» молекулы, что немного бессмысленно.
                          0
                          А то так можно договориться до того, что у нас в куске вещества есть «холодные» и «горячие» молекулы, что немного бессмысленно.

                          Не, ну так, конечно, говорят. Хотя это действительно достаточно далеко от истинного смысла этих терминов.
                            +1

                            Если говорить о размерах в обывательском смысле, то переходим на термины "пролезет ли эта штуковина в ту дырку". Ну и сложно говорить о размерах того, что не имеет четкой границы (и средства измерения). Можно говорить, что при увеличении энергии частицы (молекулы) инструмент результат измерения которым мы трактовали как размер выдает иные показания.


                            Помните, тут была статься про отсутствие сопротивления в жидкости (или газе?) на сверхнизких температурах? Так вот, можно заявить, что молекулы газа охладились настолько, что сжавшись в материальные точки вообще не оказывают сопротивления проходящим через них объектам.

                              0
                              Если говорить о размерах в обывательском смысле, то переходим на термины «пролезет ли эта штуковина в ту дырку». Ну и сложно говорить о размерах того, что не имеет четкой границы (и средства измерения).

                              Кстати говоря, молекулами можно говорить в таких терминах, например, в контексте молекулярных сит.

                              Ну и сложно говорить о размерах того, что не имеет четкой границы (и средства измерения).

                              Чёткой границы действительно нет, это я, в частности пытался указать. Но есть куча наблюдаемых, которые размероподобны, и которые чётко измеряются. И вот их можно использовать в качестве меры размера (причём для простейших зависимостей, типа температурных, поведение разных наблюдаемых будет вполне себе согласовано).
                              Помните, тут была статься про отсутствие сопротивления в жидкости (или газе?) на сверхнизких температурах?

                              Нет, не помню. Но Вы скорее всего говорите о явлении сверхтекучести, которое наблюдается в жидком гелии, когда исчезает вязкость? Или же о сверхпроводимости в твёрдых телах, когда исчезает сопротивление?
                              В любом случае так:
                              Так вот, можно заявить, что молекулы газа охладились настолько, что сжавшись в материальные точки вообще не оказывают сопротивления проходящим через них объектам.

                              говорить некорректно, и, значит, нельзя.
                        +1
                        1. Температура не может сводится к среднекинетической энергии молекул. Иначе не было бы такого, что нагревание разных веществ до одной температуры требует разного количества энергии.
                        2. Температура — это коллективный термин, характеризуется распределением. Т.е. при одной температуре не все атомы находятся в одинаковом «тепловом состоянии».
                        3. Говоря о температуре, странно не вспомнить спектр АЧТ.
                        4. В целом да, за редким исключением вещества расширяются с температурой. Но растет и сжимаемость. Я себе представляю так: если размер — это расстояние от ядра до максимума электронной плотности, то это расстояние увеличивается, но сам максимум становится более размытым и не вызывает такого сильного отталкивания при встрече с другими оболочками атомов.

                        Статью же написана отвратительно, это смешение очень глубоких вопросов с какими-то детсадовскими аналогиями. А за ссылку на работу в химической физике — спасибо.
                          +1
                          1. Температура не может сводится к среднекинетической энергии молекул. Иначе не было бы такого, что нагревание разных веществ до одной температуры требует разного количества энергии.

                          А где там такое написано? Температура — это общая мера энергии, которую внешняя среда «приписывает» малой системе. Если угодно, это просто параметр, регулирующий распределение Больцмана.

                          2. Температура — это коллективный термин, характеризуется распределением. Т.е. при одной температуре не все атомы находятся в одинаковом «тепловом состоянии».

                          А это просто не верно. Вы, вероятно, путаете моментальную температуру, которую вводят в МД симуляциях с честной температурой, которая возникает в феноменологической/статистической термодинамике. Они связаны, но не то чтоб уж сильно хорошо. Среднее значение МД температуры, да, должно совпадать в NVT/NPT симуляциях с заданной температурой, но различия там куда более тонкие.
                          3. Говоря о температуре, странно не вспомнить спектр АЧТ.

                          Совершенно не странно. Собственно, спектр АЧТ — это конкретная реализация распределения Больцмана для квантованного гармонического осциллятора.
                          но сам максимум становится более размытым и не вызывает такого сильного

                          Максимум (точка) размытым?
                          если размер — это расстояние от ядра до максимума электронной плотности

                          В тексте был даже численный пример: если не догреть до запредельно высоких температур, о расширении электронных оболочек можно забыть.

                          Собственно, в нормальных терминах объяснение расширения звучит так: ангармонические сдвиги средних значений пропорциональны амплитудам колебаний, а эти амплитуды растут при росте температур. Так что это чисто колебательный эффект, нет там вклада от электронных эффектов.

                          Статью же написана отвратительно, это смешение очень глубоких вопросов с какими-то детсадовскими аналогиями.

                          Спасибо за Вашу честную оценку :)
                          +1

                          Очень понравилось, что объясняется всё в достаточной степени, отчего нету ситуации когда до какого-то момента все понятно, а потом резко ничего не понятно и миллион формул. Сложность равномерная и умеренная, короче.
                          Спасибо, автор! :)


                          P. S. песня по ссылке тоже классная

                            –1
                            У меня сложилось впечатление, что автор владеет вопросом, мягко говоря, очень поверхностно. С какой целью написана данная статья, объяснить кому-то, самому разобраться, поделиться гипотезой?.. Не надо писать о том, в чём совершенно не разбираешься. Ну какие ещё «градусы Кельвина»? А измеряя количество частиц «в числах Авогадро» или «нагревая молекулы термостатом», автор себя дискредитирует полностью. Не говоря уже о том, что, по-видимому, принципиальной разницы между молекулярной структурой и кристаллической для него не существует. Впрочем, само предположение, что объём газа при нагревании может увеличиваться за счёт увеличения размеров атомов или молекул уже даёт исчерпывающее представление об уровне посвящённости автора в данную тему.

                            Уважаемый автор, как выше написал уже один комментатор, дело в кинетической энергии частиц и соударениях. Остывшая бутылка сжимается, поскольку частицы извне лупят по её стенкам сильнее, чем частицы, находящиеся внутри, а рельсы расширяются вследствие усиления колебания атомов в узлах кристаллической решётки. Но ни в коем случае не потому, что электрон возбудившись перешёл на другую орбиталь, в результате чего, атом стал больше. И знаете, нет там никаких летающих по орбитам шариков — советую почитать про электронное облако, как вероятность нахождения заряда в той или иной области вблизи ядра.

                            Но за сытых слонов Африки, прущихся в гору — спасибо — повеселился от души :)
                              0
                              UPD: глянул другие публикации автора… madschumacher, прошу прощения за «шарики по орбитам», очевидно, тут я перегнул. Но если вы знаете про Грановского и Firefly — то кАк вообще можно было задаться воппосом из темы статьи? Кто написал эту статью вместо вас?
                                +1

                                Спасибо большое за Вашу честную оценку.


                                Не надо писать о том, в чём совершенно не разбираешься.

                                Мне просто интересно, какая должна быть квалификация у пишущего? Университета достаточно? Может кандидатской? Докторской? Или это надо сначала Академюхом стать, чтоб до такого святого можно было дотрагиваться через клавиатуру?


                                Ну какие ещё «градусы Кельвина»?

                                Ну знаете, температуру в них меряют. В СИ ещё входят? :)


                                А измеряя количество частиц «в числах Авогадро»

                                Хорошо, скажите пожалуйста тогда Ваше, альтернативное, определение моля?


                                «нагревая молекулы термостатом»

                                Вывод распределения Гиббса из 5го тома Ландавшица, а ещё и вся NVT молекулярная динамика плачет в углу.


                                Остывшая бутылка сжимается, поскольку частицы извне лупят по её стенкам сильнее, чем частицы, находящиеся внутри,

                                Да что ж все к этой бутылке привязались?! Прочитайте статью хотя бы: в ней нет ни слова о том, почему вообще есть уравнение идеального газа. Она вообще не о том: это ещё до ката написано.

                                  0
                                  Не хочу углубляться в спор, я уже принёс вам свои извинения: первый коммент написал на эмоциях — просто для химика из НИИ, с публикациями по результатам расчётов в GAMESS (PC/US) вопрос из темы статьи с последющим прекатом кажется просто кощунственнным (для других — норм, согласен, и даже интересным, каюсь — не сдержался).

                                  Статью прочёл дважды — вероятно, достаточно «вольный» слог автора вносит путаницу и создаёт впечатление, что она написана школьником, а не преподавателем…

                                  Повторюсь, что не хочу лезть в дискуссию — но считаю, что хотя бы на вопросы по своим выпадам ответить обязан:

                                  Ну знаете, температуру в них меряют. В СИ ещё входят? :)
                                  Градусы Цельсия (°C), Градусы Фаренгейта (°F), но ...«Кельвин» (K — никаких градусов!). Градусы Кельвина были в ходу до 1968 года, ошибочно — более полувека это уже просто дурной тон.

                                  Хорошо, скажите пожалуйста тогда Ваше, альтернативное, определение моля?
                                  Не определение моля, вы пишете "оно измеряется в молях, или в числах Авогадро" — представте ситуацию: «Скажите, судент, сколько молекул CO находится в 200 литрах угарного газа при н.у.?» — «200 делим на 22.4 и получаем 8.9; в 200 л угарного заза содержится почти почти девять чисел Авогадро молекул СО» — нормально так?

                                  Вывод распределения Гиббса из 5го тома Ландавшица
                                  Можно находиться в равновенсии с термостатом — но ГРЕТЬ термостатом… это уже слишком, не находите?

                                  Да что ж все к этой бутылке привязались?!
                                  Привязались — возможно, потому, что вы с неё начали? Если статья "вообще не о том", то зачем было её вовсе приводить? Вы пишете "Причина этого лежит в… в законе Гей-Люссака", т.е. до 1802 года причин так себя вести у природы вообще не было — «нет, это не причина», — думаю я и заинтригованный т.з. автора ищу ответ дальше, под катом…

                                  Я приветствую ваше стремление к популяризации науки, но попросил бы проявлять побольше уважения к самой науке (и терминологии, вчастности). Такая фамильярность в изложении явно создаёт вам дурную стлаву
                                    0
                                    Градусы Цельсия (°C), Градусы Фаренгейта (°F), но ...«Кельвин» (K — никаких градусов!). Градусы Кельвина были в ходу до 1968 года, ошибочно — более полувека это уже просто дурной тон.
                                    Чем вам градусы Кельвина так не угодили? Казалось бы, стандартнейшая единица измерения
                                      0
                                      А самого факта, что правильно так, а не иначе — разве не достаточно? Цельсий и Фаренгейт — фамилии учёных, поэтому градусы по шкале имени кого? Кельвин же — местность, пишите тогда уж «градсы Томсона»… Может, тогда и писать «бесграматна»: ведь говорят же так, да и привычно, возможно, кому-то.

                                      Не понимаю, как удивлять моё замечание при ошибочном употреблении термина? Более того, где автор цитирует (по-видимому) определения, написано верно — выходит, у него отношение «да какая разница?» или он даже не заметил… уровень!
                                        0
                                        Кельвин же — местность, пишите тогда уж «градсы Томсона»
                                        Боюсь, уже поздно менять устоявшуюся терминологию. Везде пишут именно «градусы Кельвина» или «по Кельвину».
                                        Причем из ваших высказываний складывается ощущение, надеюсь, ошибочное, что вы не знаете что градусы Кельвина — основная единица измерения температуры на сегодняшний день.
                                          0
                                          Везде пишут именно «градусы Кельвина» или «по Кельвину»
                                          основная единица измерения температуры на сегодняшний день.
                                          А можно пруфы?

                                          Мои пусть будут вот такими:
                                          первый попавшийсся сборник тезисов в открытом доступе (чтобы сразу много разных авторов) 54th Symposium on Theoretical Chemistry — 2018, Halle (Saale)
                                          на 290 страницах символ градуса "°" встречается всего 5 раз (и это именно Цельсия, "° К" — ни разу), размерность же «К» — как минимум, 18 раз в разных 11 тезисах. Счёт 11:0 в пользу размерности «Кельвин» — ваш ход!.. в смысле, пруф
                                            0
                                            Так вы же сами привели подтверждение что градусы Кельвина гораздо более распространенная единица, чем Цельсия. Да, в записи единицы измерения значок ° не пишется. Например, температура кипения азота 77 К.
                                            Что вы доказать-то пытаетесь?
                                              0
                                              Это и пытаюсь — как вы сказали, «значок ° не пишется», я о том же. А у автора и комментатора выше (о, да это же вы и были) мнение противоположное, вот к примеру:
                                              Чем вам градусы Кельвина так не угодили? Казалось бы, стандартнейшая единица измерения
                                              Везде пишут именно «градусы Кельвина»

                                              И ещё раз, я не против использования этой шкалы, я о том, что указывать градус перед Кельвином — неверно (да это сродни написанию «кВт/ч»!)
                                                0
                                                И ещё раз, я не против использования этой шкалы, я о том, что указывать градус перед Кельвином — неверно

                                                Конечно неправильно, «Кельвин» же — это Уильям Томсон, барон Кельвин, а не единица измерения. :D
                                                  0
                                                  Хорошо. Значит, сначала я вас понял неправильно.
                                                  Вот только в речи «градусы Кельвина» скорее всего никуда не денутся. С тем же азотом мы же говорим «температура кипения семьдесят семь градусов» или «семьдесят семь градусов Кельвина». А вот «семьдесят семь кельвинов» уже звучит странно.
                                                    0
                                                    ну не знаю, «температурная зависимость свободной энергии Гиббса в интервале от 300 до 900 кельвинов» — по-моему, ничего такого — мы постоянно так говорим в институте, обсуждая результаты расчётов…

                                                    Мне стало интересно послушать, как это произносят в устной речи, но искать какой-то научный доклад (какого-то признанного учёного) мне было лень, и я загуглил ролики с Нилом Деграсс Тайсоном… Так вот, справедливости ради, честно скажу — в разговорной речи у него пару раз проскочило «degrees kelvin», да, это частный случай с одним человеком и не на серьёзном докладе, а так, в научно-популярном интервью… ну, видимо, люди так действительно говорят, по традиции или привычке… пускай — тем не менее, правильным употреблением всё же является вариант без градуса
                                                    The 13th CGPM (1967/68, Resolution 3) adopted the name kelvin, symbol K, instead of «degree Kelvin», symbol °K
                                                    Unlike the degree Fahrenheit and degree Celsius, the kelvin is not referred to or written as a degree
                                                    П.С.: вот в чём я действительно ошибался, так это то, что писал единицу измерения с заглавной буквы — автор меня поправил, за это ему спасибо
                                                      0
                                                      «температурная зависимость свободной энергии Гиббса в интервале от 300 до 900 кельвинов» — по-моему, ничего такого — мы постоянно так говорим в институте
                                                      А мы в лаборатории, когда говорим об измерении полупроводникового образца часто опускаем имя, оставляя что-то вроде «зависимость при 10 градусах» или «при 77 градусах» (все же жидкий азот это довольно распространенная точка).
                                                      В общем, в устной речи вполне распространены оба варианта, в письменной почти нет (там обычно пишется сокращенный вариант вроде 77 — 300 К).
                                                      вот в чём я действительно ошибался, так это то, что писал единицу измерения с заглавной буквы
                                                      Тут нет экзотики: «15 вольт» тоже со строчной пишется. Но «15 градусов Цельсия» с заглавной.
                                        0
                                        Градусы Цельсия (°C), Градусы Фаренгейта (°F), но ...«Кельвин» (K — никаких градусов!). Градусы Кельвина были в ходу до 1968 года, ошибочно — более полувека это уже просто дурной тон.

                                        Вы знаете, атомная единица массы — это не основное название для соответствующей массы. Её основное название сейчас — это дальтон. Но в силу инерции языка, первый термин всё ещё (по субъективным ощущениям) в научной литературе распространён гораздо шире.
                                        Точно также и с этой самой единицей. По размерности она совпадает с градусами Цельсия, поэтому в обиходе очень даже можно встретить это словосочетание, даже в научных кругах.

                                        Кстати, почему Вы пишете «кельвин» с заглавной буквы? Кельвин — это лорд, а кельвин — это единица измерения.

                                        Не определение моля, вы пишете «оно измеряется в молях, или в числах Авогадро» — представте ситуацию: «Скажите, судент, сколько молекул CO находится в 200 литрах угарного газа при н.у.?» — «200 делим на 22.4 и получаем 8.9; в 200 л угарного заза содержится почти почти девять чисел Авогадро молекул СО» — нормально так?

                                        С чего такой ситуации возникнуть? 1 число Авогадро частиц по определению называется словом «моль».

                                        Можно находиться в равновенсии с термостатом — но ГРЕТЬ термостатом… это уже слишком, не находите?

                                        Нет, не нахожу.

                                        Привязались — возможно, потому, что вы с неё начали? Если статья «вообще не о том», то зачем было её вовсе приводить?

                                        Ок, начнём с самого начала. То, что идёт до ката, в научной литературе называется «abstract» (по-русски этот термин я не знаю, уж простите), это такая наживка для читателя. Собственно, чтобы захватить внимание читателя, надо написать что-то интригующее там. И поэтому я использовал для затравки простой (и высосанный из пальца, чего уж там) детский вопрос: если объём газа расширяется при нагревании, я знаю, что газ состоит из молекул, то расширяются ли молекулы при нагревании тоже, или нет?
                                        Собственно, это я и написал.

                                        т.е. до 1802 года причин так себя вести у природы вообще не было

                                        Ну это вообще просто демагогия в чистом виде, Вы меня простите.
                                        Лично я придерживаюсь в этом плане позитивистской точки зрения, что есть какие-то объективно существующие законы природы, которые существуют вне зависимости от того, знаем мы о них или нет. То, что этот закон, открытый в лохматые годы, зовётся в честь человека его открывшего — это наша конвенция, и на объективное существование этого соотношения между физическими величинами никакого влияния это не оказывает.

                                        "Причина этого лежит в… в законе Гей-Люссака",… — «нет, это не причина», думаю я и заинтригованный т.з. автора ищу ответ дальше, под катом

                                        СПГС читателей и желание нагромоздить на пустом месте гегелевскую дурную бесконечность — это, откровенно говоря, не мои проблемы, а проблемы читателей, Вы уж извините. Тем более, что вопрос, на который будет даваться ответ, был обозначен совсем рядом с этой фразой, поэтому, имхо, было очевидно, что причины закона Гей-Люссака (которые, кстати, в общих чертах разбираются в ещё школе), в тексте под катом искать бесполезно :)

                                        но попросил бы проявлять побольше уважения к самой науке (и терминологии, вчастности). Такая фамильярность в изложении явно создаёт вам дурную стлаву

                                        Это такой тонкий троллинг? Записать фразу, в которой требуется проявлять больше уважения к терминологии и к науке (видимо, в т.ч. к лингвистике и иже с ней), с таким количеством орфографических ошибок/очепяток (в предположении, что Вы пишете не с IBM PC XT 286, так что спеллчекер у Вас с большой вероятностью имеется).

                                        И да, спасибо большое за беспокойство о моей дурной славе.
                                      0
                                      рельсы расширяются вследствие усиления колебания атомов в узлах кристаллической решётки

                                      Во-первых это не вся правда: одного увеличения амплитуды недостаточно — нужна ещё асимметрия потенциала. Во-вторых об этом написано во второй части статьи. Как Вы её вообще читали?!


                                      Впрочем, само предположение, что объём газа при нагревании может увеличиваться за счёт увеличения размеров атомов или молекул уже даёт исчерпывающее представление об уровне посвящённости автора в данную тему.

                                      Да где Вы это взяли? Цитату пожалуйста! После нормального прочтения этой статьи такое никому не должно взбрести в голову!


                                      И знаете, нет там никаких летающих по орбитам шариков — советую почитать про электронное облако, как вероятность нахождения заряда в той или иной области вблизи ядра.

                                      Спасибо большое. После стольких лет в квантовой химии, очень приятно наконец узнать правду. Спасибо, что открыли мне глаза.

                                      +1
                                      Странно что в комменты набежали в первую очередь критики О_о Хотелось бы поделится мнением, с точки зрения, как мне кажется, «целевой аудитории»:
                                      Мне, хоть и не глубоко понимающему физику, все в статье кажется логичным и непротиворечивым. Вряд ли кто-то серьёзно думал что макроскопические объекты увеличиваются за счет пропорционального роста (суб) атомных частиц этого объекта. Упрощенное объяснение из статьи вполне адекватно показывает какие изменения испытывают атомы.

                                      Но вот нет ответа «ну так а что же влияет на размер макроскопических объектов»? Интуитивный ответ — размер межмолекулярных связей. Но, тут же возникают странные граничные случаи и кажется что все не так уж и просто даже тут. Тянет на отдельную статью? :) Судя по подготовке автора и частичным комментариям, ответ на этот вопрос он знает :o

                                      Пишите еще :)

                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                      Самое читаемое