Какво представлява кинетичната теория на газовете и как се дефинира?

Кинетичната енергия на газ се отнася до капацитета на всяка от неговите частици, който зависи от скоростта и следователно от температурата, на която е подложен. Въз основа на тази концепция, дифузията на газ му позволява да се движи през среда.

И двете концепции, кинетичната енергия и дифузията в газовете, се разглеждат от Молекулярно-кинетична теория който е разработен от двама учени (Болцман и Максуел) и обяснява поведението на газовете като цяло.

Функция и променливи в кинетичната енергия

По принцип теорията описва променливи като скоростта и кинетичната енергия на частиците и Той ги свързва директно с други променливи като налягането и температурата, при които се намира газът Изпращане. Въз основа на това е възможно да се опише, че:

\(P = \;\frac{{m\; \cdot \;{v^2} \cdot \;N}}{{3 \cdot V}}\)

Това означава, че налягането и обемът са свързани с променливите на молекулата (m и N).

Въз основа на горното, Максуел и Болцман предлагат математическа функция, която може да опише разпределението на скоростите на газ като функция на неговата моларна маса и температура. Трябва да се отбележи, че този резултат е получен от статистически анализ, при който всички газови частици нямат еднаква скорост, всеки има своя собствена скорост и от разпределението в кривата е възможно да се намери стойността на скоростта половината. И накрая, средната скорост на газ се казва, че е:

\(v = \sqrt {\frac{{{3\;R\;T}}{M}} \)

Където скоростта зависи от абсолютната температура (T), моларната маса (M) и универсалната газова константа (R).

Тогава може да се тълкува, че ако различните газове са при една и съща температура, този с по-голяма моларна маса ще има по-ниска средна скорост и обратно. По същия начин, ако един и същ газ е изложен на две различни температури, този, при който температурата е по-висока, ще има по-висока средна скорост, както трябва да се очаква.

Концепцията за скорост е тясно свързана с кинетичната енергия на газа, тъй като:

\(Ec = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Енергията на една частица е функция на нейната средна скорост. Сега, за газа, според Молекулярно-кинетичната теория е известно, че средната стойност се дава от:

\(\overline {Ec} = \;\frac{{3\;R\;T}}{2}\)

И зависи изключително от температурата.

дифузия в газовете

Когато говорим за газове, за да ги дефинираме, можем да споменем различни свойства. Например, можем да говорим за неговата плътност, неговия вискозитет, неговото налягане на парите, както и много други променливи. Един от тях (и много важен) е разпространението.

Дифузията е свързана със способността на същия да се движи в определена среда. Като цяло, дифузията е свързана с „движещите сили“, които позволяват миграцията на течността от една страна към друга. Например дифузията на газа зависи от много параметри, като например дали има разлика в налягането между точките A и B, към които се движи, или разлика в концентрациите. На свой ред, това също зависи от фактори като температурата и моларната маса на газа, както се вижда по-горе.

Въз основа на горното, Греъм изследва поведението на газовете по отношение на тяхната дифузия и емулира закон, който установява, че:

„При постоянно налягане и температура, скоростите на дифузия на различните газове са обратно пропорционални на корен квадратен от техните плътности.“ В математически термини се изразява по следния начин:

\(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{\rho _2}}}{{{\rho _1}}}} \)

Като v1 и v2 са скоростите на газовете и \(\rho \) техните плътности.

Ако работим математически с предишния израз, получаваме:

\(\frac{{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

Тъй като M1 и M2 са съответно моларните маси и ако налягането и температурата не се променят, връзката между тях е идентична с връзката между плътностите на газовете.

И накрая, законът на Греъм изразява горното по отношение на времето на дифузия. Ако приемем, че и двата газа трябва да дифундират по една и съща дължина и със скоростта v1 и v2, предварително определени, може да се каже, че:

\(\frac{{{t_1}}}{{{t_2}}} = \;\sqrt {\frac{{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

И накрая, можем да заключим, че газ с по-висока моларна маса ще има по-дълго време на дифузия от газ с по-ниска моларна маса, ако и двата са подложени на същите условия на температура и налягане.