Teoria cinetica dei gas

La teoria cinetica dei gas afferma spiegare in dettaglio il comportamento di questi fluidi, mediante procedure teoriche basate su una descrizione postulata di un gas e su alcune ipotesi. Questa teoria fu proposta per la prima volta da Bernoulli nel 1738, e successivamente ampliata e migliorata da Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals e Jeans.

Postulati della teoria cinetica dei gas

I postulati fondamentali di questa teoria sono:

1.- Si ritiene che I gas sono costituiti da minuscole particelle discrete chiamatemolecole di uguale massa e dimensione nello stesso gas, ma differenti per gas diversi.

2.- Le molecole di un contenitore sono in movimento caotico incessantemente, durante il quale si scontrano tra loro o con le pareti del contenitore in cui si trovano.

3.- Il il bombardamento delle pareti del vaso provoca una pressione, cioè una forza per unità di area, media delle collisioni delle molecole.

4.- Il le collisioni di molecole sono elasticheIn altre parole, finché la pressione del gas in un contenitore non varia nel tempo a qualsiasi temperatura e pressione, non si ha perdita di energia per attrito.

5.- Il La temperatura assoluta è una quantità proporzionale all'energia cinetica media di tutte le molecole di un sistema.

6.- A pressioni relativamente basse, la distanza media tra le molecole è grande rispetto ai loro diametri, e quindi le forze attrattive, che dipendono dalla separazione molecolare, sono considerate trascurabili.

7.- Infine, poiché le molecole sono piccole rispetto alla distanza tra loro, la loro volume è considerato trascurabile rispetto al totale coperto.

Ignorando la dimensione delle molecole e la loro interazione, come mostrato dai postulati 6 e 7, questo trattato teorico è limitato ai gas ideali.

Un'analisi matematica di questo concetto di gas ci porta a conclusioni fondamentali verificabili direttamente dall'esperienza.

Spiegazione fisica della teoria cinetica dei gas

Supponiamo un contenitore cubico riempito con n 'molecole di gas, tutte uguali, e con la stessa massa e velocità, rispettivamente m e u. È possibile scomporre la velocità u in tre componenti lungo gli assi x, yez.

Se designiamo queste tre componenti u_X, o_sì, o_z, poi:

o² = u_X² + tu_sì² + tu_z²

dove sei² è la velocità quadratica media. Ora associamo a ciascuno di questi componenti una singola molecola di massa m capace di muoversi indipendentemente in una qualsiasi delle corrispondenti direzioni x, y, z.

L'effetto finale di questi movimenti indipendenti si ottiene combinando le velocità secondo l'equazione.

Supponiamo ora che la molecola si muova in direzione x verso destra con velocità u_X. Si scontrerà con l'aereo ez con il momento mu_X, e poiché l'urto è elastico, rimbalzerà con una velocità -u_X e lo slancio -mu_X.

Di conseguenza, la variazione della quantità di moto, o momento, per molecola e collisione nella direzione x è mu_X - (-mu_X) = 2mu_X.

Prima di poter colpire di nuovo lo stesso muro, devi camminare avanti e indietro verso quello di fronte a te. In tal modo, percorre una distanza 2l, dove l è la lunghezza del bordo del cubo. Da ciò deduciamo che il numero di collisioni con la parete destra della molecola in un secondo sarà u_X/ 2l, quindi la variazione di momento al secondo e molecola varrà:

(2mu_X)(o_X/ 2l) = mu_X²/ l

La stessa variazione si verifica per la stessa molecola nel piano yz in modo che la variazione totale della quantità di moto per molecola e secondo nella direzione x, è il doppio della quantità indicata in quest'ultima equazione. Così è spiegato:

Cambio di Momento/secondo/molecola, nella direzione x = 2 (mu_X²/l)

Esempi di gas studiati dalla teoria cinetica

1. idrogeno H
2. Elio He
3. Neon Ne
4. Refrigerante 134a
5. ammoniaca NH₃
6. Anidride carbonica CO₂
7. Monossido di carbonio CO
8. Aria
9. Azoto N
10. ossigeno ossigeno