[发明专利]双原子分子理想气体系统火积的微观表述方法

说明书

本发明涉及一种双原子分子理想气体系统火积的微观表述的分析方法，包括将双原子分子理想气体系统视为不可辨别粒子系统，计算系统的微观状态数；利用斯特林近似和双原子分子理想气体内能表达式将微观状态数表达式化简；分析常温下双原子分子的电子、核、平动、转动和振动配分函数，得到双原子分子系统的总配分函数；联立微观状态数表达式和总配分函数，得到温度与微观状态数的关系式；给出火积的宏观表达式，结合温度与微观状态数的关系式，得到常温下双原子分子理想气体系统火积的微观表达式。

技术领域

本发明涉及一种双原子分子理想气体系统火积的微观表述方法。

背景技术

2006年，过增元等人基于热量传递与电荷传递现象之间的比拟，引进了一个新的物理量——火积，定义为热容量与温度乘积的一半。

一个物体的火积就代表了该物体传递热量的总能力。而任何的热传递过程都存在着火积耗散，即当热量由高温物体传向低温物体时，热量本身并未产生变化，但其对外传递热量的总能力却降低了。因此，火积成为表示传热过程不可逆性的又一重要物理量。

在微观角度的研究方面，程雪涛等人受熵概念的微观表述启发，于2010年给出了单原子理想气体系统中火积的微观表达式。

但是目前尚未建立双原子分子理想气体系统中火积与微观状态数的联系，而在日常生活和工业生产中，双原子分子气体比单原子气体分子的应用更为普遍。

发明内容

本发明的目的是提出一种双原子分子理想气体系统火积的微观表述的分析方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)一个体积、内能和内部粒子数均给定的双原子分子气体系统，忽略分子间的作用力，将双原子分子视为刚性的线性分子，建立双原子分子理想气体系统模型；

2)将该理想气体系统视为不可辨别粒子系统，计算系统的微观状态数Ω；

3)因系统内部粒子数巨大，利用斯特林近似对微观状态数表达式进行化简；

4)得到理想气体的内能表达式；

5)得到常温下双原子分子理想气体系统的定容热容量表达式；

6)结合内能表达式和定容热容量表达式化简微观状态数表达式，减少参变量；

7)分析常温下双原子分子的电子运动状态，得到电子配分函数z_e＝g_e,0，其中g_e,0为电子运动基态能级的简并度。

8)分析常温下双原子分子的核运动状态，得到核配分函数z_n＝1；

9)分析常温下双原子分子质心的空间运动状态，得到平动配分函数其中m为分子质量，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度，V为系统体积，h普朗克常量；

10)分析常温下双原子分子的转动运动，得到转动配分函数对于异核双原子分子σ＝1，同核双原子分子σ＝2，其中I为分子转动惯量，σ为分子对称数；

11)分析常温下双原子分子的振动运动，得到振动配分函数z_v＝1；

12)由双原子分子的电子、核、平动、转动和振动配分函数，得到双原子分子系统的总配分函数；

13)由双原子分子系统的总配分函数与步骤6)简化后的微观状态数表达式联立，得到温度与微观状态数的关系表达式；

14)给出火积的宏观表达式，与温度与微观状态数的关系表达式联立，得到常温下双原子分子理想气体系统火积的微观表达式。