【题】在-273℃的环境下,氢分子的分子热运动的速度会有多大?
【解】“绝对零度就是-273℃。在绝对零度下,分子的速度等于零。因此,在-273℃,氢分子处于静止状态,其他分子也是这样。”
这个回答或许涉及了很多规律,但这个答案却是不正确的,因为绝对零度是-273.15℃,而不等于-273℃。
只不过相差0.15℃,有必要还特意提出来吗?要知道,分子在这两个温度下几乎是不动的,仅仅是0.15℃的差别一般看不出什么来的。
也许表面上看是这样的,但这个假想只通过计算就可以推翻。原因在于分子的速度减少是和绝对温度的平方根成比例的,所以事实上,分子运动的速度即使在很低的温度下也是很大的。我们可以计算一下。从气体动能理论得知,氢分子在0℃,也就是绝对温度273.15℃的情况下以1 843米/秒的速度运动。假设它们的温度为-270℃(也就是绝对温度3.15℃),平均速度是x,可以通过下列公式得出x:
从而得出x=198(米/秒)。
在这样低温的气体中,分子运动的速度要比子弹的速度快得多。
现在看一下我们需要解决的问题:在-273℃下,也就是绝对零度0.15开尔文下,氢分子的速度是多少(见图131)。通过下列公式我们可以得出:
由此得出z=43(米/秒)。
这就大约等于155千米/小时。这样的速度是怎样也不能忽略的——比老式飞机还要快,所以它的速度就不能认为是接近于零了。