Kinetická teória plynov

Tvrdí to Kinetická teória plynov podrobne vysvetliť správanie týchto tekutínteoretickými postupmi založenými na postulovanom popise plynu a niektorých predpokladoch. Túto teóriu prvýkrát navrhol Bernoulli v roku 1738 a neskôr ju rozšírili a zlepšili Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals a Jeans.

Postuláty kinetickej teórie plynov

Základné postuláty tejto teórie sú:

1.- Má sa za to, že plyny sú tvorené drobnými diskrétnymi časticami tzvmolekuly rovnakej hmotnosti a veľkosti v rovnakom plyne, ale rôzne pre rôzne plyny.

2.- Molekuly nádoby sú v neprestajný chaotický pohyb, počas ktorej narážajú do seba alebo do stien nádoby, kde sa nachádzajú.

3.- bombardovanie stien nádob spôsobuje tlak, teda sila na jednotku plochy, priemer kolízií molekúl.

4.- zrážky molekúl sú elastickéInými slovami, pokiaľ sa tlak plynu v nádobe nemení v priebehu času pri žiadnej teplote a tlaku, nedochádza k strate energie v dôsledku trenia.

5.- Absolútna teplota je veličina úmerná priemernej kinetickej energii všetkých molekúl v systéme.

6.- Pri relatívne nízkych tlakoch, priemerná vzdialenosť medzi molekulami je veľká v porovnaní s ich priemermi, a preto sa príťažlivé sily, ktoré závisia od molekulárnej separácie, považujú za zanedbateľné.

7.- Nakoniec, keďže molekuly sú malé v porovnaní so vzdialenosťou medzi nimi, ich objem sa považuje za zanedbateľný vo vzťahu k celku zakryté.

Ignorovaním veľkosti molekúl a ich interakcie, ako ukazujú postuláty 6 a 7, sa toto teoretické pojednanie obmedzuje na ideálne plyny.

Matematická analýza tohto konceptu plynu nás vedie k základným záverom priamo overiteľným skúsenosťou.

Fyzikálne vysvetlenie kinetickej teórie plynov

Predpokladajme, že kubická nádoba je naplnená n 'molekulami plynu, ktoré sú všetky rovnaké a majú rovnakú hmotnosť a rýchlosť m a u. Rýchlosť u je možné rozložiť na tri zložky pozdĺž osí x, y a z.

Ak tieto tri zložky označíme u_X, alebo_a, alebo_z, potom:

alebo² = u_X² + u_a² + u_z²

kde si² je stredná kvadratická rýchlosť. Teraz priradíme ku každej z týchto zložiek jednu molekulu s hmotnosťou m schopnú sa nezávisle pohybovať v ktoromkoľvek zo zodpovedajúcich smerov x, y, z.

Výsledný efekt týchto nezávislých pohybov sa získa kombináciou rýchlostí podľa rovnice.

Teraz predpokladajme, že molekula sa pohybuje v smere x doprava rýchlosťou u_X. Zrazí sa s lietadlom a z s momentom mu_X, a keďže zrážka je elastická, odrazí sa rýchlosťou -u_X a hybnosť -mu_X.

V dôsledku toho je zmena množstva pohybu alebo hybnosti na molekulu a kolízia v smere x mu_X - (-mu_X) = 2 mu_X.

Než budete môcť znova naraziť na rovnakú stenu, musíte prejsť tam a späť k tej pred vami. Pri tom prejde vzdialenosť 2l, kde l je dĺžka hrany kocky. Z toho odvodíme, že počet zrážok s pravou stenou molekuly za jednu sekundu bude u_X/ 2l, takže zmena momentu za sekundu a molekuly bude mať hodnotu:

(2mu_X) (alebo_X/ 2 l) = mu_X²/ l

Rovnaká zmena nastáva pre rovnakú molekulu v rovine yz, takže celková zmena množstva pohybu na molekulu a sekundu v smere x je dvojnásobkom množstva uvedeného v druhom rovnica. Tak je to vysvetlené:

Zmena momentu / sekundy / molekuly v smere x = 2 (mu_X²/l)

Príklady plynov študovaných kinetickou teóriou

1. Vodík H
2. Hélium He
3. Neon Ne
4. Chladivo 134a
5. Amoniak NH₃
6. Oxid uhličitý CO₂
7. Oxid uhoľnatý CO
8. Vzduch
9. dusík N
10. Kyslík O