Ⅰ 自由度是什麼(物化里的)
簡單地說就是體系的物理量的可變化度。
例如一個單相單物種體系,一個溫度對應一個壓力,因此體系的自由度為2;但如果指出了這個體系的溫度(或壓力),只能對應一個壓力(或溫度)了,體系狀態確定,此時自由度為0。
有關自由度,有更深入的解釋,這是比較通俗易懂的,希望你能看得明白。
Ⅱ 什麼是自由度三原子分子剛性,非剛性分子的自由度如何算
自由度是確定物體狀態所需的獨立坐標數,據熱力學中的能量均分定理,每個自由度的能量相等(當然沒考慮量子效應啦),都為Tk/2(振動包括動能和勢能,所以振動能量為(Tk/2)*2),單原子分子僅有3個平動自由度,所以為3Tk/2,非剛性雙原子分子有3個平動自由度,2個轉動自由度,1個振動自由度,所以為(3+2+1*2)Tk/2,非剛性三原子分子有3個平動自由度,3個轉動自由度,3個振動自由度所以為(3+3+3*2)Tk/2,剛性分子不用考慮振動,一般非剛性分子有3*n個自由度,3個平動自由度,3個轉動自由度,(n為原子個數,n>2),所以有n-6個振動自由度。不能說每個分子的能量都是iTk/2,這是統計規律。
Ⅲ 混合氣體的自由度
根據公式計算。混合氣體自由度的計算公式是E=(i/2)nRT,需要將混合氣體中的不同氣體密度帶入到公式中進行計算,就可以得出自由度的具體參數。
Ⅳ 物理中自由度怎麼理解
物理中自由度怎麼理解
自由度是系統約束流形的切空間的維度;在通常的有窮維流形上,切空間和流形維度相同。
哈密頓和拉格朗日力學中,研究對象是受到約束的物體的運動。我這里把情況簡化到剛體或質點受到完備的(holonomic)約束。
所謂完備約束,就是說系統中所有質點的位置滿足如下形式的方程組F(x1,x2,...xm)=0, 其中x們是質點在R^3中的位置。F是一個映射到R^n的光滑函數,且dF在任何開集上不為0。於是,系統中的對象在約束下的所有可能位置就是一個3m-n維的流形。比如單擺的可能位置是一個球殼(2維流形);過山車的可能位置是它的軌道(1維流形);宇宙中的一個石塊(不是質點)的可能位置是它的重心位置和它的歐拉角指向(6維流形),位置是個R^3,指向是個SO3(歐拉角是SO3的一種表示方法)。流形就是光滑曲面/線/體的嚴格說法。
所謂描述一個n維系統中質點的位置,就是用R^n去光滑的參數化這個系統。比如經緯度參數化地球表面一個運動的質點。
流形的切空間就是對象處於某位置時,所有可能的速度。盡管流形,即對象的所有可能位置,不一定是平的;對象在某點的速度卻一定是個R^n中的向量,也就是說切空間一定是平的。宇宙中的石塊在某一點,可能有線速度和角速度,都是3維向量,我們就說它的切空間(速度的空間)是6維向量空間。單擺的軌跡是曲線,可是某一點處,它的速度一定是圓的某條切線,是個平坦的空間。
所謂自由度就是切空間,或者說速度空間的維度,通常也是流形的維度。
這里只是很潦草的解釋,具體可以參照
Ⅳ 物理氣體那快有個分子運動自由度是什麼意思呀!!求簡單的說明下~~~
分子運動自由度,字面的理解就是分子能夠不受限制的運動的程度。完全靜止的分子(實際上不存在),其運動自由度為零。受限於一條直線上運動的分子,運動自由度為1(要描述該分子的運動只要一個變數x)。受限於二維平面內的分子,運動自由度為2。一個不受限的分子,運動自由度為3。以上說的運動僅指分子的平動。分子還會發生轉動,不受限的分子的轉動同樣有三個自由度(要描述它的轉動需要三個獨立變數),單原子分子不存在轉動(原子視為質點,轉動自由度為零),線形分子不存在繞分子軸的轉動(轉動慣量為零,轉動自由度為2)。此外分子中原子間的化學鍵會發生伸縮、彎曲振動,比較復雜,有一種基本振動模式就有一個自由度。
運動不受限的分子的總的自由度為3n,n為分子中原子的個數,振動自由度用總自由度-平動自由度-轉動自由度來計算。
Ⅵ 自由度是怎麼算的貯有氮氣的容器,以速度v=100m/s運動,那麼它的自由度是多少
自由度指的是,要描述在一個參考系中的一個運動,需要使用的限制變數的數目。比如說,在直角坐標下,自由運動的平動自由度就是3:x y z如果還要算轉動,就還要加自轉的2個變數,在摳門的化,還要加上一個振動的自由度。
對於這個題,如果100是氮氣容器的速度,這個速度和容器中的氮氣沒有關系,所以氮氣分子的自由度還是6
Ⅶ 自由度是什麼
在物理學中,自由度是指描述一個物理狀態,獨立對物理狀態結果產生影響的變數的數量。
如運動自由度是確定一個系統在空間中的位置所需要的最小坐標數。例如火車車廂沿鐵軌的運動,只需從某一起點站沿鐵軌量出路程,就可完全確定車廂所在的位置,即其位置用一個量就可確定,我們說火車車廂的運動有一個自由度;汽車能在地面上到處運動,自由程度比火車大些,需要用兩個量(例如直角坐標x,y)才能確定其位置,我們說汽車的運動有兩個自由度;飛機能在空中完全自由地運動,需要用三個量(例如直角坐標x,y,z)才能確定其位置,我們說飛機在空中的運動有三個自由度。所謂自由度數就是確定物體在空間的位置所需獨立坐標的數目。
在力學里,自由度指的是力學系統的獨立坐標的個數。力學系統由一組坐標來描述。比如一個質點在三維空間中的運動,在笛卡爾坐標系中,由 x,y,z 三個坐標來描述;或者在球坐標系中,由 r,θ,ψ三個坐標描述,一般而言,N 個質點組成的力學系統由 3N 個坐標來描述。但力學系統中常常存在著各種約束,使得這 3N 個坐標並不都是獨立的。對於 N 個質點組成的力學系統,若存在 m 個完整約束,則系統的自由度減為
s=3n-m。
比如,運動於平面的一個質點,其自由度為 2。又或是,在空間中的兩個質點,中間以線連接。所以其自由度
s=3x2-1=5。
( 2 個質點有 3 個位移方向,但具有一條線所形成的約束)
除了平移自由度外,還有轉動自由度及振動自由度
完全確定一個物體在空間位置所需要的獨立坐標的數目,叫做這個物體的自由度。力學系統由一組坐標來描述。
據熱力學中的能量均分定理,每個自由度的能量相等(當然沒考慮量子效應啦),都為Tk/2(振動包括動能和勢能,所以振動能量為(Tk/2)*2)。
單原子分子僅有3個平動自由度,所以分子平均能量為3Tk/2;
非剛性雙原子分子有3個平動自由度、2個轉動自由度、1個振動自由度,所以分子平均能量為(3+2+1*2)Tk/2=7Tk/2;
非剛性n原子分子共有3n個自由度(n為原子個數,n>2),包括3個平動自由度、3個(非線性分子,如H₂O)或2個(線性分子,如CO₂)轉動自由度、3n-6個(非線性分子)或3n-5個(線性分子)振動自由度,所以分子平均能量為(6n-6)Tk/2或(6n-5)Tk/2;
剛性分子則不用考慮振動。
但不能說每個分子的能量都是iTk/2,這是統計規律。
質點自由度
(1)一個質點在空間任意運動,需用三個獨立坐標(x,y,z)確定其位置。所以自由質點有三個平動自由度 i = 3。
(2)如果對質點的運動加以限制(約束),自由度將減少。如質點被限制在平面或曲面上運動,則 i= 2;如果質點被限制在直線或平面曲線(不是空間曲線)上運動,則其自由度 i = 1。
剛體自由度
一個剛體在空間任意運動時,可分解為質心 O』 的平動和繞通過質心某直線的定軸轉動,它既有平動自由度還有轉動自由度。確定剛體質心O』的位置,需三個獨立坐標(x,y,z)—自由剛體有三個平動自由度 t = 3;
確定剛體通過質心軸的空間方位──三個方位角(α,β,γ)中只有其中兩個是獨立的──需兩個轉動自由度;另外還要確定剛體繞通過質心軸轉過的角度θ──還需一個轉動自由度。這樣,確定剛體繞通過質心軸的轉動,共有三個轉動自由度 r = 3。所以,一個任意運動的剛體,總共有6個自由度,即3個平動自由度和3個轉動自由度,即i = t + r = 3 + 3 = 6
分子自由度
自由度是物體運動方程中可以寫成的獨立坐標數,單原子分子有3個自由度,雙原子、非線性三原子、線性三原子不考慮振動相當於剛體,分別有5個(3平2轉)、6個(3平3轉)、5個(3平2轉)自由度,考慮振動後,雙原子加1個,非線性三原子加3個,線性三原子加4個。
(1)單原子分子:如氦He、氖Ne、氬Ar等分子只有一個原子,可看成自由質點,所以有3個平動自由度 i = t = 3。
(2)剛性雙原子分子如氫 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子,兩個原子間聯線距離保持不變。就像兩個質點之間由一根質量不計的剛性細桿相連著(如同啞鈴),確定其質心O』的空間位置,需3個獨立坐標(x,y,z);確定質點聯線的空間方位,需兩個獨立坐標(如α,β),而兩質點繞聯線的的轉動沒有意義。所以剛性雙原子分子既有3個平動自由度,又有2個轉動自由度,總共有5個自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。
(3)剛性三原子或多原子分子:如 H2O 、氨 等,只要各原子不是直線排列的,就可以看成自由剛體,共有6個自由度,i = t + r = 3 + 3 = 6。若原子直線排列,如CO2等,共有5個自由度,i = t + r = 3 + 2 = 5。
(4)對於非剛性分子,由於在原子之間相互作用力的支配下,分子內部還有原子的振動,因此還應考慮振動自由度(以S 表示)。如非剛性雙原子分子,好像兩原子之間有一質量不計的細彈簧相連接,則振動自由度 s = 1。對於非剛性n原子分子(n>2),振動自由度 s = 3n - 6(非線性)或s =3n - 5(線性)。
一般在常溫下,氣體分子都近似看成是剛性分子,振動自由度可以不考慮。
力學系統由一組坐標來描述。比如一個質點的三維空間中的運動,在笛卡爾坐標系中,由x,y,z三個坐標來描述;或者在球坐標系中,由r,θ,φ三個坐標描述。一般的,N個質點組成的力學系統由3N個坐標來描述。但力學系統中常常存在著各種約束,使得這3N個坐標並不都是獨立的。對於N個質點組成的力學系統,若存在m個約束,則系統的自由度為S = 3N - m
注意此處的氣體分子自由度與在對氣體分子作熱力學能量分析的自由度不同,在做熱力學能量分析時還應考慮氣體之間的勢能變化,故會多出一個自由度。
熱力學自由度
熱力學中,自由度 F 是當系統為平衡狀態時,在不改變相對數目情況下,可獨立改變的因素(如溫度和壓力),這些變數的數目叫做自由度數。例如,液態水系統,可以在一定范圍內任意改變溫度和壓力,仍可保持單相的水不變,則該系統的自由度為2,記作F = 2。若系統是液態水與水蒸氣平衡共存,如果指定溫度,則系統壓力必須等於該溫度下的水的飽和蒸汽壓,否則系統中汽、液兩相就會有一相消失,這時壓力並不能任意選擇,故自由度數為1,即F = 1。也就是說,若系統保持汽-液共存的相態不變,溫度和壓力兩者中只能任意變動一個。因此自由度數實際上是系統的獨立變數數。
系統的自由度跟其他變數的關系
F = C - P + n
其中 F:表示系統的自由度
C :系統的獨立組元數(number of independent component)
P :相態數目
n :外界因素,多數取n=2,代表壓力和溫度;對於熔點極高的固體,蒸汽壓的影響非常小,可取n=1。
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Ⅷ 請問,物理學中的自由度怎麼理解啊請問,物理學中的自由度怎麼理解啊
「自由度」是在統計學,物理學,工程機械中的基本知識。自由度是「自由運動空間的維數」。
譬如一個構件,在空間上完全沒有約束,那麼它可以在3個正交方向上平動,還可以有三個正交方向的轉動,那麼就有6個自由度。約束增加,自由度就減少,如果該構件的所有運動都被限制,那自由度就是0(相對慣性坐標系靜止的構件)。
工件定位的實質就是要限制對加工有不良影響的自由度。設空間有一固定點,一件的底面與該點保持接觸,那麼工件沒Z軸的位置自由度便被限制了。
一般地,自由度的個數是指用於計算某個特徵數(比如樣本期望或樣本方差)的獨立觀察值的個數;例如,隨機變數X的樣本方差定義為S 。在這種情況下,我們稱其自由度為(n-1),也就是說,如果我們用與計算樣本方差相同的樣本來計算樣本均值時,將失去一個自由度,也即只有n-1個獨立的觀察值,我們舉一個例子進一步說明,若X可取三個不同值: 1、2、3,則樣本均值為2。由於sum(Xi - average(X) ) = 0恆成立,所以,在差值( 1-2),(2-2)和(2-3)中只可任取2個,因為第三值必須滿足條件sum(Xi - average(X) ) = 0 。因此,在此情況下,雖然有三個觀察值,但自由度僅為2。
一般說來一個物體具有6個自由主,建立一個空間坐標系。。沿。X,Y,Z三個方向的移動各叫一個自由度。繞X,Y,Z三個軸的轉動分別為三個自由度。至於三自由度、四自由度、五自由度的機械手你可以看一下那一個或者幾個自由度被限制。
理論力學:確定物體的位置所需要的獨立坐標數稱作物體的自由度,當物體受到某些限制時——自由度減少。一個質點在空間自由運動,它的位置由三個獨立坐標就可以確定,所以質點的運動有三個自由度。假如將質點限制在一個平面或一個曲面上運動,它有兩個自由度。假如將質點限制在一條直線或一條曲線上運動,它只有一個自由度。剛體在空間的運動既有平動也有轉動,其自由度有六個,即三個平動自由度x、y、z和三個轉動自由度a、b、q。如果剛體運動存在某些限制條件,自由度會相應減少。(抄於網路)
Ⅸ 自由度是什麼_
一、統計學和計量經濟學中的自由度(df)
抽取樣品中某一個體(而不會抽到其他)最少需要的參數的個數,如(x,y,z,k,l)只要這5個數確定了,就可抽取一確定的個體
二、物理學中的自由度
完全確定一個物體在空間位置所需要的獨立坐標數目,叫做這個物體的自由度
如對於質點需要3自由度(X,Y,Z),對於剛體要6個
Ⅹ 氧氣分子的自由度是多少
應該是5.剛性雙原子分子如氫 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子,兩個原子間聯線距離保持不變。就像兩個質點之間由一根質量不計的剛性細桿相連著(如同啞鈴),確定其質心O』的空間位置,需3個獨立坐標(x,y,z);確定質點聯線的空間方位,需兩個獨立坐標(如α,β),而兩質點繞聯線的的轉動沒有意義。所以剛性雙原子分子既有3個平動自由度,又有2個轉動自由度,總共有5個自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。