Что такое кинетическая теория газов и как она определяется?

Кинетическая энергия газа относится к емкости каждой из его частиц, которая зависит от скорости и, следовательно, от температуры, которой он подвергается. Основываясь на этой концепции, диффузия газа позволяет ему двигаться через среду.

Обе концепции, кинетическая энергия и диффузия в газах, рассматриваются Молекулярно-кинетическая теория которая была разработана двумя учеными (Больцманом и Максвеллом) и объясняет поведение газов в целом.

Функция и переменные кинетической энергии

В принципе, Теория описывает такие переменные, как скорость и кинетическая энергия частиц и Он напрямую связывает их с другими переменными, такими как давление и температура, при которых газ представлять на рассмотрение. Исходя из этого, можно описать, что:

\(P = \;\frac{{m\; \cdot \;{v^2} \cdot \;N}}{{3 \cdot V}}\)

То есть давление и объем связаны с переменными молекулы (m и N).

На основании вышеизложенного Максвелл и Больцман предлагают математическую функцию, которая может описывать распределение скоростей газа в зависимости от его молярной массы и температуры. Следует отметить, что этот результат получен в результате статистического анализа, в котором не все частицы газа имеют одинаковая скорость, у каждого своя скорость, и по распределению на кривой можно найти значение скорости половина. Наконец, говорят, что средняя скорость газа равна:

\ (v = \ sqrt {\ frac {{3 \; R \; T}} {M}} \)

Где скорость зависит от абсолютной температуры (T), молекулярной массы (M) и универсальной газовой постоянной (R).

Тогда можно интерпретировать, что если разные газы имеют одинаковую температуру, то газ с большей молярной массой будет иметь меньшую среднюю скорость, и наоборот. Точно так же, если один и тот же газ подвергается воздействию двух разных температур, то тот газ, где температура выше, будет иметь более высокую среднюю скорость, как и следовало ожидать.

Понятие скорости тесно связано с кинетической энергией газа, поскольку:

\(Ec = \frac{1}{2}m{v^2}\)

Энергия частицы есть функция ее средней скорости. Теперь для газа, согласно молекулярно-кинетической теории, известно, что среднее значение определяется выражением:

\(\overline {Ec} = \;\frac{{3\;R\;T}}{2}\)

И это зависит исключительно от температуры.

диффузия в газах

Когда мы говорим о газах, для их определения мы можем упомянуть разные свойства. Например, мы можем говорить о его плотности, вязкости, давлении паров, а также о многих других переменных. Одним из них (и очень важным) является распространение.

Диффузия связана со способностью одного и того же перемещаться в определенной среде. В общем, диффузия связана с «движущими силами», которые позволяют жидкости перемещаться с одной стороны на другую. Например, диффузия газа зависит от многих параметров, таких как разница давлений между точками А и В, к которым он движется, или разница в концентрациях. В свою очередь, это также зависит от таких факторов, как температура и молярная масса газа, как показано выше.

Основываясь на вышеизложенном, Грэм изучил поведение газов с точки зрения их диффузии и смоделировал закон, который устанавливает, что:

«При постоянном давлении и температуре скорость диффузии различных газов обратно пропорциональна квадратному корню из их плотности». В математических терминах это выражается следующим образом:

\(\ frac {{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\ sqrt {\ frac {{{\rho _2}}}{{{\rho _1}}}} \)

Будучи v1 и v2 скорости газов и \(\rho \) их плотности.

Если мы поработаем математически с предыдущим выражением, мы получим:

\(\ frac {{{v_1}}}{{{v_2}}} = \;\ sqrt {\ frac {{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

Так как М1 и М2 — соответственно молярные массы и, если давление и температура не изменяются, то соотношение между ними идентично соотношению между плотностями газов.

Наконец, закон Грэма выражает вышесказанное в терминах времени диффузии. Если учесть, что оба газа должны диффундировать по одной и той же длине и с заранее определенными скоростями v1 и v2, то можно сказать, что:

\(\ frac {{{t_1}}}{{{t_2}}} = \;\ sqrt {\ frac {{{M_2}}}{{{M_1}}}} \)

Наконец, мы можем сделать вывод, что газ с более высокой молекулярной массой будет иметь более длительное время диффузии, чем газ с более низкой молекулярной массой, если оба они находятся в одинаковых условиях температуры и давления.