El globo de gas ideal estalla en el vacío: ¿la KE por átomo no cambia, las velocidades se correlacionan localmente?

Mi pregunta es: ¿ es bastante correcto el siguiente pensamiento?

Me interesa escuchar algo aquí que sea fundamentalmente incorrecto. Por supuesto, hay un poco de movimiento de manos y aproximación.

Si un globo de gas ideal en equilibrio a una temperatura finita T estalla repentinamente mientras está en el espacio, la nube de gas comenzará a expandirse inmediatamente.

Si la energía cinética promedio inicial por partícula fuera 3 2 k b T , la energía cinética total inicial sería simplemente 3 2 norte k b T . No debería haber mucha pérdida de energía en ninguna parte, por lo que supongo que la energía cinética total final sería aproximadamente la misma.

La nube de gas mucho más grande ahora está fría "debido a la expansión", pero lo que realmente sucedió es que la posición actual de cada átomo está determinada por su velocidad en el último evento de dispersión, cuando el camino libre medio se hizo más grande que el diámetro de la nube. Ahora bien, si un grupo de átomos todavía está cerca uno del otro, es porque sus velocidades han sido similares durante un tiempo.

Eso significa que la velocidad relativa de un grupo de átomos cercanos entre sí es mucho menor que la velocidad promedio a la que se mueven y, por lo tanto, la temperatura local es baja.

mi pregunta: la energía cinética promedio por átomo no ha cambiado. Sin embargo, sus velocidades ahora están altamente correlacionadas localmente, por lo que decimos que la temperatura ha disminuido: es "fría".

"No debería haber mucha pérdida de energía en ninguna parte"; correcto, nunca una pérdida, pero la energía tiende a moverse cuando los equilibrios se alteran repentinamente. ¿Adónde fue la energía que estaba almacenada en el material estirado del globo?
comprendido. Mi punto es que el globo también estaba almacenando energía. ¿Algo de esa energía después del estallido se transfirió al gas?
@docscience, Re, transferencia de energía de la tela del globo al gas: busque en YouTube un video de alta velocidad de globos de látex reventados. Es muy rápido, y su aspecto es más o menos lo que cabría esperar si, en lugar de estar lleno de gas, el globo se estirara alrededor de una bola rígida, invisible y sin fricción. Empieza a desgarrarse y crece rápidamente, y el globo se "desenvuelve" de la pelota. Es como si el globo se encogiera a su estado no estirado antes de que el aire sepa siquiera que debe comenzar a "escapar". Me sorprendería si se transfiriera mucha energía al aire.

Respuestas (2)

Para un globo ideal (sin interacciones con las paredes del globo) d tu = 0 . En el caso de un gas ideal, tu = tu ( T ) ∝ norte k T . Entonces, la temperatura, estrictamente hablando, no cambia cuando el globo se expande. Terminas con un gas a la misma temperatura pero con una densidad más baja.

Entonces, el globo no se expande en mi pregunta, simplemente revienta, deja de ser un límite. El gas ciertamente se expandirá y enfriará.
@uhoh ¿Y por qué se enfría?

Después de escribir esta respuesta, recordé haber hecho esta pregunta hace dos años. Responderé mi propia pregunta solo para concluir esto.

Mi pregunta es: ¿es bastante correcto el siguiente pensamiento?

Sí. Para una pequeña región dada del gas en expansión, la temperatura estaría definida por la distribución de velocidades alrededor del centro colectivo de velocidad de masa de esa región.

El globo de gas ideal estalla en el vacío: ¿la KE por átomo no cambia, las velocidades se correlacionan localmente?
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