Если температура в комнате, скажем, 25 градусов по Цельсию, то можно ли утверждать, что каждая молекула в комнате обладает температурой
в 25 градусов? Пожалуй, нет. Температура отдельной молекулы, например, воздуха — это некорректное понятие, так как температура является статистической величиной, описывающей среднюю кинетическую энергию ансамбля частиц (например, газа). У одной молекулы можно измерить только её кинетическую энергию, но не температуру. Вот детали:
Почему у одной молекулы нет температуры?
- Температура возникает только в системах с большим числом частиц, где можно усреднить их энергию.
- Пример: Бессмысленно говорить о «средней зарплате» в компании из одного человека. Так и для одной молекулы — нет статистики.
Что можно сказать об отдельной молекуле?
- Кинетическая энергия:
где m — масса молекулы, v — её скорость.
- Скорость: Молекулы воздуха (азота, кислорода) при комнатной температуре (~20°C) движутся со скоростью ~500 м/с (для азота — 454 м/с, для кислорода — 425 м/с).
Миф о «температуре молекулы»
- Неправильно: «Молекула воздуха имеет температуру 25°C».
- Правильно: «Молекула воздуха обладает кинетической энергией, соответствующей средней температуре газа».
Квантовые системы
В квантовой механике даже для одной частицы иногда используют понятие температуры (например, в моделях теплового резервуара), но это абстракция, а не реальная физическая величина.
Итог
У отдельной молекулы воздуха нет температуры, но есть кинетическая энергия, которая зависит от скорости. Температура — это коллективное свойство, возникающее только в системах из множества частиц.