Kinetische Theorie der Gase

Die kinetische Gastheorie behauptet das Verhalten dieser Flüssigkeiten ausführlich erklären these, durch theoretische Verfahren basierend auf einer postulierten Beschreibung eines Gases und einigen Annahmen. Diese Theorie wurde erstmals 1738 von Bernoulli vorgeschlagen und später von Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals und Jeans erweitert und verbessert.

Postulate der kinetischen Gastheorie

Die grundlegenden Postulate dieser Theorie sind:

1.- Es wird davon ausgegangen, dass Gase bestehen aus winzigen diskreten Partikeln, die als bezeichnet werdenMoleküle gleicher Masse und Größe im gleichen Gas, aber unterschiedlich für verschiedene Gase.

2.- Die Moleküle eines Behälters sind in chaotische Bewegung unaufhörlich, bei der sie miteinander oder mit den Wänden des Behälters kollidieren, wo sie sich befinden.

3.- Die Beschuss der Gefäßwände verursacht einen Druck, dh eine Kraft pro Flächeneinheit, Durchschnitt der Kollisionen der Moleküle.

4.- Die Kollisionen von Molekülen sind elastischMit anderen Worten, solange sich der Druck des Gases in einem Behälter bei keiner Temperatur und jedem Druck über die Zeit ändert, gibt es keinen Energieverlust durch Reibung.

5.- Die Die absolute Temperatur ist eine Größe proportional zur durchschnittlichen kinetischen Energie aller Moleküle in einem System.

6.- Bei relativ niedrigen Drücken, ist der durchschnittliche Abstand zwischen den Molekülen groß im Vergleich zu ihren Durchmessern, und daher werden die Anziehungskräfte, die von der molekularen Trennung abhängen, als vernachlässigbar angesehen.

7.- Schließlich, da die Moleküle klein sind im Vergleich zum Abstand zwischen ihnen, ist ihr Volumen wird im Verhältnis zur Gesamtmenge als vernachlässigbar angesehen bedeckt.

Unter Vernachlässigung der Größe der Moleküle und ihrer Wechselwirkung, wie die Postulate 6 und 7 zeigen, beschränkt sich diese theoretische Abhandlung auf ideale Gase.

Eine mathematische Analyse dieses Gaskonzeptes führt uns zu fundamentalen Schlussfolgerungen, die direkt durch die Erfahrung nachprüfbar sind.

Physikalische Erklärung der kinetischen Gastheorie

Angenommen, ein kubischer Behälter ist mit n' Gasmolekülen gefüllt, die alle gleich sind und die gleiche Masse und Geschwindigkeit m bzw. u haben. Es ist möglich, die Geschwindigkeit u entlang der x-, y- und z-Achse in drei Komponenten zu zerlegen.

Bezeichnen wir diese drei Komponenten u_x, oder_Ja, oder_z, dann:

oder² = u_x² + u_Ja² + u_z²

wo bist du² ist der quadratische Mittelwert der Geschwindigkeit. Nun ordnen wir jeder dieser Komponenten ein einzelnes Molekül der Masse m zu, das sich unabhängig in jede der entsprechenden x-, y-, z-Richtungen bewegen kann.

Der endgültige Effekt dieser unabhängigen Bewegungen wird durch die Kombination der Geschwindigkeiten gemäß der Gleichung erzielt.

Angenommen, das Molekül bewegt sich in x-Richtung nach rechts mit der Geschwindigkeit u_x. Es kollidiert mit der Ebene und z mit dem Moment mu_x, und da der Stoß elastisch ist, prallt er mit der Geschwindigkeit -u_x und der Schwung -mu_x.

Folglich ist die Variation der Bewegungsmenge oder des Impulses pro Molekül und Stoß in x-Richtung mu_x - (-mu_x) = 2mu_x.

Bevor Sie dieselbe Wand wieder treffen können, müssen Sie zu der vor Ihnen hin und her gehen. Dabei legt er eine Strecke von 2l zurück, wobei l die Kantenlänge des Würfels ist. Daraus leiten wir ab, dass die Anzahl der Kollisionen mit der rechten Wand des Moleküls in einer Sekunde u_x/ 2l, so dass die Änderung des Moments pro Sekunde und Molekül wert ist:

(2mu_x)(oder_x/ 2l) = mu_x²/ l

Dieselbe Variation tritt für dasselbe Molekül in der yz-Ebene auf, so dass die Gesamtänderung der Menge der Bewegung pro Molekül und Sekunde in x-Richtung, ist doppelt so groß wie in letzterer angegeben Gleichung. Es wird also erklärt:

Änderung von Moment / Sekunde / Molekül, in Richtung x = 2 (mu_x²/l)

Beispiele für Gase, die durch die kinetische Theorie untersucht wurden

1. Wasserstoff H
2. Helium He
3. Neon Ne
4. Kältemittel 134a
5. Ammoniak NH₃
6. Kohlendioxid CO₂
7. Kohlenmonoxid CO
8. Luft
9. Stickstoff N
10. Sauerstoff O