Kinetická teorie plynů

Kinetická teorie plynů tvrdí podrobně vysvětlete chování těchto tekutinteoretickými postupy založenými na postulovaném popisu plynu a některých předpokladech. Tuto teorii poprvé navrhl Bernoulli v roce 1738 a později ji rozšířili a vylepšili Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals a Jeans.

Postuláty kinetické teorie plynů

Základní postuláty této teorie jsou:

1. - Má se za to, že Plyny jsou tvořeny malými diskrétními částicemi zvanýmimolekuly stejné hmotnosti a velikosti ve stejném plynu, ale různé pro různé plyny.

2. - Molekuly kontejneru jsou uvnitř chaotický pohyb neustále, během nichž se srazí mezi sebou nebo se stěnami kontejneru, kde se nacházejí.

3. - The bombardování stěn cév způsobuje tlak, tj. síla na jednotku plochy, průměr srážek molekul.

4. - The srážky molekul jsou elastickéJinými slovy, pokud se tlak plynu v zásobníku nemění v průběhu času při žádné teplotě a tlaku, nedochází ke ztrátě energie v důsledku tření.

5. - The Absolutní teplota je množství úměrné průměrné kinetické energii všech molekul v systému.

6. - Při relativně nízkých tlacích, průměrná vzdálenost mezi molekulami je velká ve srovnání s jejich průměry, a proto jsou atraktivní síly, které závisí na molekulární separaci, považovány za zanedbatelné.

7. - Nakonec jsou molekuly malé ve srovnání se vzdáleností mezi nimi objem je považován za zanedbatelný ve vztahu k celkovému kryté.

Ignorováním velikosti molekul a jejich interakcí, jak ukazují postuláty 6 a 7, je toto teoretické pojednání omezeno na ideální plyny.

Matematická analýza tohoto konceptu plynu nás vede k základním závěrům, které lze přímo ověřit zkušeností.

Fyzikální vysvětlení kinetické teorie plynů

Předpokládejme kubickou nádobu naplněnou n 'molekulami plynu, všechny stejné a se stejnou hmotností a rychlostí m a u. Je možné rozložit rychlost u na tři složky podél os x, yaz.

Pokud označíme tyto tři komponenty u_Xnebo_Ynebo_z, pak:

nebo² = u_X² + u_Y² + u_z²

kde ty² je střední kvadratická rychlost. Nyní přidružíme ke každé z těchto složek jedinou molekulu o hmotnosti m schopnou samostatného pohybu v kterémkoli z odpovídajících směrů x, y, z.

Konečný efekt těchto nezávislých pohybů se získá kombinací rychlostí podle rovnice.

Nyní předpokládejme, že se molekula pohybuje ve směru x doprava rychlostí u_X. Narazí na letadlo a z s okamžikem mu_X, a protože srážka je elastická, bude se odrážet rychlostí -u_X a hybnost -mu_X.

V důsledku toho je variace množství pohybu nebo hybnosti na molekulu a kolizi ve směru x mu_X - (-mu_X) = 2 mu_X.

Než můžete znovu zasáhnout stejnou zeď, musíte chodit tam a zpět k té před vámi. Přitom prochází vzdálenost 2 l, kde l je délka hrany krychle. Z toho odvodíme, že počet srážek s pravou stěnou molekuly za jednu sekundu bude u_X/ 2 l, takže změna okamžiku za sekundu a molekuly bude mít hodnotu:

(2 mu.)_X)(nebo_X/ 2l) = mu_X²/ l

Stejná variace se vyskytuje pro stejnou molekulu v rovině yz, takže celková změna v množství pohybu na molekulu a sekundu ve směru x, je dvojnásobek množství uvedeného v druhém rovnice. Je tedy vysvětleno:

Změna okamžiku / sekundy / molekuly, ve směru x = 2 (mu_X²/l)

Příklady plynů studovaných kinetickou teorií

1. Vodík H
2. Helium He
3. Neon Ne
4. Chladivo 134a
5. Amoniak NH₃
6. Oxid uhličitý CO₂
7. Oxid uhelnatý CO
8. Vzduch
9. Dusík N
10. Kyslík O