Beim Lesen von Intro-Lehrbüchern zur Quantenmechanik und Chemie wird viel über Energieübergänge in Atomen aufgrund von Photonenabsorption / -freisetzung gesprochen. Atome können jedoch auch mechanisch Energie aufnehmen und abgeben (Vibration und Rotation), und es ist diese mechanische Bewegung von Atomen, die zu einem Wärmegefühl führt.
Was sind also die Regeln dafür, wenn eine Energieerhöhung (entweder aufgrund thermischer Erschütterung oder Absorption eines Photons) zu einer größeren Rotations-/Vibrationsenergie in einem Atom im Vergleich zu einem Elektronensprung führt?
Hat jemand eine gute Einführung/Referenz dazu?
Alles wird von der Quantenmechanik im mikroskopischen Rahmen beherrscht. Atome, Moleküle, Gitter folgen alle den Regeln der Quantenmechanik, einschließlich Vibrationen und Rotationen. Das heißt, es gibt Potentiale, die elektrisch oder magnetisch sind, dh auf dieser Ebene wirkt die elektromagnetische Kraft, und es gibt im Prinzip Lösungen quantenmechanischer Gleichungen, denen die Atome, Moleküle, Gitter gehorchen müssen.
Es ist ein Vielkörperproblem, wie man vom Quantensystem zum klassischen System gelangt, in dem thermodynamische Größen wie Wärme definiert sind, und je nach spezifischem Problem werden verschiedene quantenmechanische Modelle verwendet. Ein Beispiel für solche Modelle ist die Bandentheorie der Festkörper, die für das Verhalten von Materie unter Strom verwendet wird.
Für Wärme braucht man keine speziellen Berechnungen, da die klassischen Theorien der Thermodynamik und der klassischen statistischen Mechanik das zugrunde liegende Quantenverhalten gut modellieren. Bei Bedarf kann die statistische Quantenmechanik verwendet werden.
Wir sprechen von Vibrationen und Rotationen, aber das sind Vibrations- und Rotationsebenen , quantenmechanische Zustände, bei denen der Energieaustausch durch den Austausch von Photonen auf Energieebenen der Infrarotfrequenz erfolgt, die schließlich dazu führen, dass die Schwarzkörperstrahlung jeder Materie, die wir haben, abgegeben wird als Wärme empfinden.
Auf mikroskopischer Ebene geschehen also alle Energieübertragungen durch quantisierte elektromagnetische Wechselwirkungen, aus denen die klassischen Theorien hervorgehen.