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理想的なガスの内部エネルギーが温度に比例するのはなぜですか?

理想的なガスの内部エネルギーは、次の理由により、温度に比例します。

1。理想的なガスの仮定:

* 分子間力なし: 理想的なガスは、完全に弾力性のある衝突を除いて、分子間の相互作用がないと想定されています。これは、相互作用に関連するポテンシャルエネルギーがないことを意味します。

* 点粒子: 理想的なガス分子は、内部構造のない点粒子として扱われます。これは、分子内の振動や回転にエネルギーが保存されていないことを意味します。

2。運動エネルギー:

* 翻訳運動: 理想的なガス分子が持っている唯一のエネルギーは、その翻訳運動による運動エネルギーです。この運動エネルギーは、ガスの温度に直接比例します。

* equipartition定理: Equipartitionの定理は、分子の各自由度(この場合は翻訳運動)の平均エネルギーが(1/2)ktであり、Kはボルツマンの定数であり、tは温度であると述べています。

3。内部エネルギー:

* 総速度エネルギー: 理想的なガスには他の形態のエネルギーがないため、その内部エネルギー(U)は、すべての分子の運動エネルギーの合計です。

* 比例性: 各分子の運動エネルギーはTに比例するため、総内部エネルギー(U)もTに比例します。

数学的に:

*単原子理想ガス(翻訳運動のみ)の場合、内部エネルギーは次のとおりです。U=(3/2)NRT、ここでnはモルの数、Rは理想的なガス定数です。

*この方程式は、内部エネルギー(U)が温度(T)に直接比例することを明確に示しています。

要約:

理想的なガスの内部エネルギーは、理想的なガスモデルが分子間力や内部構造を想定していないため、温度に比例します。つまり、存在するエネルギーは翻訳速度エネルギーです。この運動エネルギーは温度に直接比例しているため、内部エネルギーも温度に比例します。

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