Когда идеальный газ охлаждается, его средняя кинетическая энергия теплового движения уменьшается. Средняя кинетическая энергия молекул идеального газа пропорциональна его абсолютной температуре. Выражается это следующим уравнением:
[ \langle E_k \rangle = \frac{3}{2} k T ]
где:
- (\langle E_k \rangle) — средняя кинетическая энергия молекул,
- (k) — постоянная Больцмана,
- (T) — абсолютная температура газа (в Кельвинах).
Если средняя кинетическая энергия уменьшается в 3 раза, это означает, что:
[ \frac{3}{2} k T{\text{нов}} = \frac{1}{3} \times \frac{3}{2} k T{\text{стар}} ]
Упростив, мы получаем:
[ T{\text{нов}} = \frac{1}{3} T{\text{стар}} ]
Таким образом, абсолютная температура газа уменьшилась в 3 раза. Это связано с тем, что в идеальном газе температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии молекул. Поэтому уменьшение средней кинетической энергии в 3 раза приводит к уменьшению абсолютной температуры газа в 3 раза.