平均速度や根平均二乗速度、最確速度などいくつかの速度が出てきたが、それぞれどのようなイメージを持てばよいのか?
マクスウェル-ボルツマン式(p.1156 式(27.40))によって分子の速度分布が記述されるので、ここから上記の各速さ 1)ついついごっちゃにしてしまいますが、いずれもスカラー量なので、「速度(velocity)」ではなく「速さ(speed)」ですね。を求めることができます。
それぞれ図示すると (N2, 300 K)
となります。
定義と値は以下の通りです。算出法は教科書 p.1157 ~ 1159 を参照してください。
平均の速さ | 全分子の速さの平均 | ||
根平均二乗速さ | 全分子の速さの二乗の平均のルート (rms = root mean square) |
||
最確の速さ | 最も確率の大きい速さ (mp = most probable speed より) |
||
音速 | その気体中を音が伝わる速さ |
これらは、それぞれのイメージを持つというよりは、「用途によって使い分ける」と言えばいいでしょうか。
平均の速さ は 全分子の速さの平均値なので、特にここでの説明はいらないでしょう。
根平均二乗速度 は、例えば、全分子の運動エネルギーの平均値を出すときに使います。
前に説明したように、u の平均値と u2 の平均値は異なるので、 を使って とやってもそれは運動エネルギーの平均になりません。
は 二乗してからの平均になっていますから、 は運動エネルギーの平均になります。
最確の速さ は分子の速さの割合が重要な時に使うことになるでしょう。例えば 教科書 p.1163 Chap.27.5 では(授業ではとばしましたが) 分子の速さの分布をチョッパーと呼ばれる速度選別機(教科書 図27.9)で実測する話が出てきます。
この際の速さの分布(教科書 図27.10)のピーク位置は と一致しているはずです。
脚注
↑1 | ついついごっちゃにしてしまいますが、いずれもスカラー量なので、「速度(velocity)」ではなく「速さ(speed)」ですね。 |