4. 分子动能与势能

概念解释:
气体分子的总能量是其动能与势能之和。在理想气体中，由于分子间力可以忽略不计，因此总能量主要是动能。

动能:

理想气体中单个分子的平均动能与气体温度直接相关：
动能 = (3/2) k_B T
其中k_B为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度。

势能:

在实际气体中，分子间力变得显著，特别是在高压和低温下，势能必须考虑。势能取决于分子间的距离及其间作用力的性质。

示例问题:

问题: 计算室温（300 K）下氧气分子的平均动能。玻尔兹曼常数k_B = 1.38 × 10⁻²³ J/K。

解决方案:
平均动能的公式为：
动能 = (3/2) k_B T = (3/2) × 1.38 × 10⁻²³ × 300 ≈ 6.21 × 10⁻²¹ J
因此，300 K下氧气分子的平均动能约为6.21 × 10⁻²¹ J。