ऊर्जा के समविभाजन के नियम से विशिष्ट ऊष्मा का अनुमान कैसे लगाया जा सकता है?

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(N/A) ऊर्जा के समविभाजन के नियम के अनुसार,स्वतंत्रता की प्रत्येक कोटि (degree of freedom) प्रणाली की आंतरिक ऊर्जा में $\frac{1}{2} k_B T$ का योगदान देती है।
$f$ स्वतंत्रता की कोटि वाली गैस के लिए,आंतरिक ऊर्जा $U = f \cdot \frac{1}{2} n R T$ द्वारा दी जाती है।
स्थिर आयतन पर मोलर विशिष्ट ऊष्मा $C_V = \frac{dU}{dT} = \frac{f}{2} R$ है।
स्थिर दबाव पर मोलर विशिष्ट ऊष्मा $C_P = C_V + R = (\frac{f}{2} + 1) R$ है।
यह शास्त्रीय अनुमान यह मानता है कि स्वतंत्रता की सभी कोटियाँ सभी तापमानों पर सक्रिय होती हैं।
हालाँकि,प्रायोगिक अवलोकन दर्शाते हैं कि विशिष्ट ऊष्मा तापमान के साथ बदलती है और $T \to 0 \ K$ पर शून्य के करीब पहुँच जाती है,जो यह संकेत देता है कि कम तापमान पर स्वतंत्रता की कोटियाँ 'स्थिर' या निष्क्रिय हो जाती हैं।
शास्त्रीय यांत्रिकी की इस सीमा को क्वांटम यांत्रिकी द्वारा समझाया गया है,जहाँ स्वतंत्रता की कोटि को उत्तेजित करने के लिए न्यूनतम ऊर्जा सीमा की आवश्यकता होती है।

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एक परमाण्विक आदर्श गैस के लिए,सार्वत्रिक गैस नियतांक $R$,स्थिर दाब पर मोलर ऊष्मा धारिता $C_P$ का $n$ गुना है। यहाँ $n$ ...... है।

जब $C_{p} = \frac{7}{2} R$ वाली एक आदर्श गैस को $300 \ J$ ऊष्मा दी जाती है, तो आयतन स्थिर रखते हुए इसका तापमान $20^{\circ}C$ से $50^{\circ}C$ तक बढ़ जाता है। गैस का द्रव्यमान (लगभग) . . . . . . g है। ($R = 8.314 \ J/mol \cdot K$ लें)।

द्वि-परमाणुक गैस के मामले में,स्थिर दाब पर दी गई ऊष्मा का वह भाग जो गैस के प्रसार के लिए उपयोग किया जाता है,है:

अचर दाब पर $1 \, \text{mole}$ आदर्श एकपरमाणुक गैस का तापमान $20^{\circ}C$ से $30^{\circ}C$ तक बढ़ाने के लिए $40 \, \text{calories}$ ऊष्मा की आवश्यकता होती है। अचर आयतन पर समान अंतराल के लिए तापमान बढ़ाने हेतु आवश्यक ऊष्मा $(R = 2 \, \text{cal} \, \text{mol}^{-1} \text{K}^{-1})$ ..... $\text{calories}$ है।

एक आदर्श गैस की स्थिर आयतन पर मोलर ऊष्मा धारिता $C_V$ है। गैस एक ऐसी प्रक्रिया से गुजरती है जिसमें तापमान $T=T_0(1+\alpha V^2)$ के अनुसार बदलता है, जहाँ $T$ और $V$ क्रमशः तापमान और आयतन हैं, और $T_0$ तथा $\alpha$ धनात्मक स्थिरांक हैं। गैस की मोलर ऊष्मा धारिता $C$ को $C=C_V+R f(V)$ के रूप में दिया गया है, जहाँ $f(V)$ आयतन का एक फलन है। $f(V)$ के लिए व्यंजक क्या है?

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