Teoria cinética dos gases

A teoria cinética dos gases afirma explicar em detalhes o comportamento desses fluidos, por procedimentos teóricos baseados em uma descrição postulada de um gás e alguns pressupostos. Essa teoria foi proposta pela primeira vez por Bernoulli em 1738 e, posteriormente, expandida e aprimorada por Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals e Jeans.

Postulados da Teoria Cinética dos Gases

Os postulados fundamentais desta teoria são:

1.- Considera-se que Os gases são constituídos por minúsculas partículas discretas chamadasmoléculas de igual massa e tamanho no mesmo gás, mas diferente para gases diferentes.

2.- As moléculas de um recipiente estão em movimento caótico incessantemente, durante o qual eles colidem uns com os outros ou com as paredes do contêiner onde estão.

3.- O o bombardeio das paredes do vaso causa uma pressão, ou seja, uma força por unidade de área, média das colisões das moléculas.

4.- O colisões de moléculas são elásticasEm outras palavras, desde que a pressão do gás em um recipiente não varie ao longo do tempo em nenhuma temperatura e pressão, não há perda de energia devido ao atrito.

5.- O A temperatura absoluta é uma quantidade proporcional à energia cinética média de todas as moléculas em um sistema.

6.- A pressões relativamente baixas, a distância média entre as moléculas é grande em comparação com seus diâmetrose, portanto, as forças de atração, que dependem da separação molecular, são consideradas desprezíveis.

7.- Finalmente, como as moléculas são pequenas em relação à distância entre elas, seus o volume é considerado insignificante em relação ao total abordado.

Ao ignorar o tamanho das moléculas e sua interação, como mostram os postulados 6 e 7, este tratado teórico se limita aos gases ideais.

Uma análise matemática desse conceito de gás nos leva a conclusões fundamentais diretamente verificáveis ​​pela experiência.

Explicação física da teoria cinética dos gases

Suponha um recipiente cúbico cheio de n 'moléculas de gás, todas iguais e com a mesma massa e velocidade, m e u respectivamente. É possível decompor a velocidade u em três componentes ao longo dos eixos x, y e z.

Se designarmos esses três componentes, u_x, ou_Y, ou_z, então:

ou² = u_x² + vc_Y² + vc_z²

onde você² é a velocidade quadrada média. Agora associamos a cada um desses componentes uma única molécula de massa m capaz de se mover independentemente em qualquer uma das direções x, y, z correspondentes.

O efeito final desses movimentos independentes é obtido combinando as velocidades de acordo com a equação.

Agora suponha que a molécula se mova na direção x para a direita com a velocidade u_x. Ele irá colidir com o plano ez com o momento mu_x, e uma vez que a colisão é elástica, ela irá saltar com uma velocidade -u_x e o momentum -mu_x.

Consequentemente, a variação da quantidade de movimento, ou momento, por molécula e colisão na direção x é mu_x - (-mu_x) = 2mu_x.

Antes de atingir a mesma parede novamente, você deve andar para frente e para trás até a parede à sua frente. Ao fazer isso, ele percorre uma distância 2l, onde l é o comprimento da aresta do cubo. A partir disso, deduzimos que o número de colisões com a parede direita da molécula em um segundo será u_x/ 2l, então a mudança no momento por segundo e na molécula valerá a pena:

(2mu_x)(ou_x/ 2l) = mu_x²/ eu

A mesma variação ocorre para a mesma molécula no plano yz de modo que a mudança total na quantidade de movimento por molécula e segundo na direção x, é o dobro da quantidade indicada no último equação. Então é explicado:

Mudança de momento / segundo / molécula, na direção x = 2 (mu_x²/l)

Exemplos de gases estudados pela teoria cinética

1. Hidrogênio H
2. Helium He
3. Néon ne
4. Refrigerante 134a
5. Amônia NH₃
6. Dióxido de Carbono CO₂
7. Monóxido de Carbono CO
8. Ar
9. Nitrogênio N
10. Oxigênio O