[发明专利]双原子分子理想气体系统火积的微观表述方法

权利要求书

1.一种双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于包括以下步骤：

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的微观表达式。

2.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤2)系统的微观状态表达式为Ω＝(Z^N/N！)exp(U/(kT))，其中Z为双原子分子配分函数，N为系统内部粒子数，U为系统内能。

3.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤3)斯特林近似lnN！≈N(lnN-1)对微观状态数表达式进行化简，化简结果为Ω＝(Ze/N)^Nexp(U/(kT))，其中e为自然对数的底数。

4.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤4)理想气体的内能U表达式U＝c_VT，其中c_V为气体定容热容量。

5.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤5)常温下双原子分子理想气体系统的定容热容量表达式

6.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤6)化简的微观状态数表达式为Ω＝(Z/N)^Nexp(7N/2)。

7.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤7)电子配分函数z_e＝g_e,0，双原子分子的基态光谱是单重态，在常温下又是不激发的，所以电子的配分函数z_e对总配分函数无贡献视为1。

8.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤12)双原子分子系统的总配分函数为：

9.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤13)温度与微观状态数的关系表达式T＝αΩ^2/5N。

10.根据权利要求1所述的双原子分子理想气体系统的微观表述方法，其特征在于：所述步骤14)的宏观表达式为与温度与微观状态数的关系表达式联立T＝αΩ^2/5N，得到常温下双原子分子理想气体系统的微观表达式G＝κΩ^4/5N。