Kinetyczna teoria gazów

Twierdzenia Kinetycznej Teorii Gazów wyjaśnij szczegółowo zachowanie tych płynów, przez procedury teoretyczne oparte na postulowanym opisie gazu i pewnych założeniach. Teoria ta została po raz pierwszy zaproponowana przez Bernoulliego w 1738 roku, a później rozwinięta i ulepszona przez Clausiusa, Maxwella, Boltzmanna, van der Waalsa i Jeansa.

Postulaty Kinetycznej Teorii Gazów

Podstawowe postulaty tej teorii to:

1.- Uważa się, że Gazy składają się z maleńkich, dyskretnych cząstek zwanychmolekuły o jednakowej masie i rozmiarze w tym samym gazie, ale różne dla różnych gazów.

2.- Cząsteczki pojemnika są w nieustanny chaotyczny ruch, podczas których zderzają się ze sobą lub ze ścianami kontenera, w którym się znajdują.

3.- The bombardowanie ścian naczynia powoduje ciśnienie, czyli siła na jednostkę powierzchni, średnia zderzeń cząsteczek.

4.- The zderzenia cząsteczek są elastyczneInnymi słowy, dopóki ciśnienie gazu w pojemniku nie zmienia się w czasie w żadnej temperaturze i ciśnieniu, nie ma strat energii z powodu tarcia.

5.- Temperatura bezwzględna jest wielkością proporcjonalną do średniej energii kinetycznej wszystkich cząsteczek w systemie.

6.- Przy stosunkowo niskich ciśnieniach, średnia odległość między cząsteczkami jest duża w porównaniu do ich średnic, a zatem siły przyciągania, które zależą od rozdziału molekularnego, uważa się za nieistotne.

7.- Wreszcie, ponieważ cząsteczki są małe w porównaniu z odległością między nimi, ich objętość jest uważana za nieistotną w stosunku do całości pokryty.

Ignorując wielkość cząsteczek i ich wzajemne oddziaływanie, jak pokazują postulaty 6 i 7, ten traktat teoretyczny ogranicza się do gazów doskonałych.

Analiza matematyczna tego pojęcia gazu prowadzi nas do fundamentalnych wniosków, weryfikowalnych bezpośrednio przez doświadczenie.

Fizyczne wyjaśnienie kinetycznej teorii gazów

Załóżmy, że sześcienny pojemnik wypełniony jest n' cząsteczkami gazu, wszystkie równe, o tej samej masie i prędkości, odpowiednio mi i u. Możliwe jest rozłożenie prędkości u na trzy składowe wzdłuż osi x, y i z.

Jeśli oznaczymy te trzy składniki u_x, lub_Tak, lub_z, następnie:

lub² = u_x² + u_Tak² + u_z²

gdzie jesteś² to pierwiastek średniej kwadratowej prędkości. Teraz łączymy z każdym z tych składników pojedynczą cząsteczkę o masie m zdolną do poruszania się niezależnie w dowolnym z odpowiednich kierunków x, y, z.

Ostateczny efekt tych niezależnych ruchów uzyskuje się przez połączenie prędkości zgodnie z równaniem.

Załóżmy teraz, że cząsteczka porusza się w kierunku x w prawo z prędkością u_x. Zderzy się z płaszczyzną iz momentem mu_x, a ponieważ zderzenie jest elastyczne, odbije się z prędkością -u_x i pęd -mu_x.

W związku z tym zmienność ilości ruchu lub pędu na cząsteczkę i zderzenie w kierunku x wynosi mu_x - (-mu_x) = 2mu_x.

Zanim będziesz mógł ponownie uderzyć w tę samą ścianę, musisz iść tam iz powrotem do tej przed tobą. W ten sposób pokonuje odległość 2l, gdzie l jest długością krawędzi sześcianu. Z tego wnioskujemy, że liczba zderzeń z prawą ścianą cząsteczki w ciągu jednej sekundy wyniesie u_x/2l, więc zmiana momentu na sekundę i cząsteczki będzie warta:

(2mu_x)(lub_x/ 2l) = mu_x²/ l

Ta sama zmienność występuje dla tej samej cząsteczki w płaszczyźnie yz tak, że całkowita zmiana ilości ruchu na cząsteczkę i sekundę w kierunku x, jest dwukrotnością wartości wskazanej w tym ostatnim równanie. Wyjaśniono więc:

Zmiana momentu / sekundy / cząsteczki, w kierunku x = 2 (mu_x²/l)

Przykłady gazów badanych przez teorię kinetyczną

1. Wodór H
2. Hel He
3. Neon Ne
4. Czynnik chłodniczy 134a
5. Amoniak NH₃
6. Dwutlenek węgla CO₂
7. Tlenek węgla CO
8. Powietrze
9. Azot N
10. Tlen O