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方均根速率

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氣體分子的方均根速率(root-mean-square speed),是氣體分子速率二次方平均值算術平方根,是氣體分子的一種統計速率。方均根速率具有統計平均的意義,反映了大量分子作熱運動統計規律,對單個分子沒有意義。 [3] 
在計算分子的平均平動動能時,要用到方均根速率。
中文名
方均根速率
外文名
root-mean-square speed
別    名
均方根速率
表達式
vrms =√(3kT/m)=√(3RT/M)
適用領域
求出各種分子速率的二次方的平均值

目錄

方均根速率定義

氣體分子的方均根速率,是對氣體分子速率二次方取平均值,再開根號得到的速率。方均根速率的符號用
表示。 [1] 

方均根速率計算

平衡態時,氣體分子熱運動的速率
的分佈服從麥克斯韋速率分佈律速率分佈函數為:
其中,
表示氣體分子的質量,
表示玻爾茲曼常量,
=1.380649×10-23J/K,
表示氣體的温度;
分子速率平方的平均值為:
由此可得到分子的方均根速率為
,
其中
表示普適氣體常量
=8.31451 J·mol-1·K-1
表示氣體分子的摩爾質量 [2] 

方均根速率數值

下表列出了幾種氣體在0℃時的方均根速率:
0℃時,幾種氣體分子的方均根速率
氣體
摩爾質量
/(10-3kg·mol-1)
方均根速率
/(m·s-1)
氫(H2)
2.02
1838
氦(He)
4.0
1311
水蒸氣(H2O)
18.0
615
氖(Ne)
20.1
584
氮(N2)
28.0
493
一氧化碳(CO)
28.0
493
空氣
28.8
485
氧(O2)
32.0
461
二氧化碳(CO2)
44.0
393
二氧化硫(SO2)
64.1
326
參考資料: [1]  [3] 

方均根速率意義

方均根速率是一種統計速率,是氣體分子速率的一種平均值,反映大量分子作熱運動統計規律,對單個分子沒有意義。 [4] 

方均根速率應用

在計算分子的平均平動動能時,要用到方均根速率。用
表示氣體分子平均平動動能,將分子的方均根速率代入,可得
。上式是宏觀量温度
微觀量
的關係式,揭示了氣體温度的統計意義,即氣體温度是氣體分子平均平動動能的量度。 [4] 
在氣體分子動理論中,理想氣體的壓強表示為
,式中
表示氣體分子數密度
表示氣體分子平均平動動能。 [4] 
參考資料
  • 1.    李椿 章立源 錢尚武.熱學(第二版).北京:高等教育出版社,2008年:45-46
  • 2.    李椿 章立源 錢尚武.熱學(第二版).北京:高等教育出版社,2008:60-61
  • 3.    東南大學等七所工科院校 編.物理學(第六版)下冊.北京:高等教育出版社,2014:194-196,204-206
  • 4.    程守洙 江之永 主編.普通物理學(第六版)上冊.北京:高等教育出版社,2006:175-176,183-184