Nhiều vật xung quanh bạn tưởng chừng đứng yên.
Nhưng xét về cấu trúc vi mô của chúng
bạn sẽ thấy một thế giới luôn chuyển động
Các nguyên tử dãn
co ngắn
đàn hồi
động đậy
di chuyển mọi nơi.
trông có vẻ hỗn loạn, nhưng chúng không chuyển động tuỳ ý
Nguyên tử liên kết với nhau
và điều đó miêu tả mọi vật
chuyển động theo quy luật
Ví dụ như phân tử, do các nguyên tử liên kết cộng hoá trị với nhau.
Có ba trạng thái chuyển động chính
chuyển động quay
tịnh tiến
và dao động
quay và tịnh tiến là chuyển động không gian
và các nguyên tử vẫn giữ khoảng cách
Mặt khác, dao động làm thay đổi khoảng cách
thực chất là thay đổi hình dạng phân tử
bạn có thể đếm số cách chuyển động của bất lỳ phân tử nào
con số đó liên hệ với bậc tự do,
theo nghĩa cơ học là
số đại lượng ta tính toán
để hiểu rõ cả hệ thống
không gian 3 chiều xác định bở ba trục x, y, z
Tịnh tiến di chuyển trên cả 3 trục
nên có bậc tự do là 3
quay cũng có thể trên cả 3 trục
nên thêm 3 nữa
ngoại trừ phân tử thẳng như CO2
nó chỉ quay quanh trục phân tử
và không làm đổi vị trí nên không được tính
Dao động hơi có chút rắc rối
lấy ví dụ là H2
độ dài nối của H2 thay đổi không ngừng
giống như 2 nguyên tử nối bởi chiếc lò xo
sử thay đổi độ dài rất bé, chưa đến 1 phần tỉ mét
càng nhiều nguyên tử liên kết, càng nhiều cách dao động
Ví dụ, nước có 3 nguyên tử
1 oxy nối với 2 hidro qua 2 liên kết
nên có 3 cách dao động
dãn có đối xứng
dãn không đối xứng
và co dãn góc liên kết
Các phân tử phức tạp thậm chí dao động dữ dội
như đu đưa
lúc lắc
và cả xoắn
Nếu bạn biết số nguyên tử, bạn biết được số cách dao động
Bắt đầu với bậc tự do
là 3 lần số lượng nguyên tử
bởi vì mỗi nguyên tử di chuyển theo 3 cách
có ba trục liên hệ với tính tiến
khi tất cả nguyên tử di chuyển cùng trục
và 3 trục (hay 2 cho phân tử thẳng) liên hệ với quay
Vậy, 3N-6 (hay 3N-5 cho phân tử thẳng)
là số cách dao động
nhưng điểu gì gây ra chuyển động?
Phân tử di chuyển do sự hấp thụ năng lượng từ môi trường
chú yếu là nhiệt hay sóng điện từ
Khi năng lượng truyền cho phân tử
chúng dao động
quay
và tịnh tiến nhanh hơn
Chuyển động cành nhanh tăng động năng của phân tử
do sự tăng nhiệt độ cũng như nhiệt năng
Hiện tương này giống như hâm đồ ăn trong lò vi sóng
khi phân tử hấp thụ các bức xạ
đặc biệt là các phân tử nước.
chúng chuyển động ngày càng nhanh
tác động lẫn nhau và tăng nhiệt độ thức ăn
Hiệu ứng nhà khính là một ví dụ khác
bức xạ nhiệt xuống trái đất
phản lại không khí
bị các khí nhà kính như hơi nước, CO2 hấp thụ
và các khí này chuyển động
chúng nóng lên và chuyển động, toả ra tia hồng ngoại
trở về và làm nóng trái đất
Có bao giờ phân tử ngừng chuyển động
Bạn nghĩ rằng sẽ đúng ở 0 độ tuyệt đối
nhiệt độ lạnh nhất có thể
Không có ai hạ nhiệt độ đến đó cả
nhưng giả sử ta có thể
phân tử vẫn chuyển động theo như nguyên lý lượng tử
gọi là năng lượng điểm 0
Nói chung, mọi thứ chuyển động từ khi bắt đầu
và cứ thế chuyển động