Kinetična teorija plinov

Kinetična teorija plinov trdi podrobno razloži obnašanje teh tekočin, s teoretičnimi postopki, ki temeljijo na postuliranem opisu plina in nekaterih predpostavkah. To teorijo je prvič predlagal Bernoulli leta 1738, kasneje pa so jo razširili in izboljšali Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals in Jeans.

Postulati kinetične teorije plinov

Temeljni postulati te teorije so:

1.- Šteje se, da plini so sestavljeni iz drobnih diskretnih delcev, imenovanihmolekule enake mase in velikosti v istem plinu, vendar različni za različne pline.

2.- Molekule posode so v kaotično gibanje neprekinjeno, med katerim trčijo med seboj ali v stene posode, kjer se nahajajo.

3.- The bombardiranje sten posode povzroči pritisk, to je sila na enoto površine, povprečje trkov molekul.

4.- The trki molekul so elastičniZ drugimi besedami, dokler se tlak plina v posodi sčasoma ne spreminja pri kateri koli temperaturi in tlaku, ni izgube energije zaradi trenja.

5.- The Absolutna temperatura je količina, sorazmerna s povprečno kinetično energijo vseh molekul v sistemu.

6.- Pri relativno nizkih tlakih, je povprečna razdalja med molekulami velika v primerjavi z njihovimi premeri, zato se privlačne sile, ki so odvisne od molekularne ločitve, štejejo za zanemarljive.

7.- Končno, ker so molekule majhne v primerjavi z razdaljo med njimi, njihova obseg se šteje za zanemarljiv glede na vsoto pokrito.

Z ignoriranjem velikosti molekul in njihove interakcije, kot je razvidno iz postulatov 6 in 7, je ta teoretična razprava omejena na idealne pline.

Matematična analiza tega koncepta plina nas pripelje do temeljnih zaključkov, ki jih je mogoče neposredno preveriti z izkušnjami.

Fizikalna razlaga kinetične teorije plinov

Recimo, da je kubična posoda napolnjena z n 'molekul plina, ki so vse enake in z enako maso in hitrostjo, m oziroma u. Hitrost u je mogoče razstaviti na tri komponente vzdolž osi x, y in z.

Če označimo te tri komponente u_x, oz_in, oz_z, potem:

oz² = u_x² + u_in² + u_z²

kje si² je srednja kvadratna hitrost. Zdaj vsaki od teh komponent povežemo eno samo molekulo mase m, ki se lahko premika neodvisno v kateri koli od ustreznih smeri x, y, z.

Končni učinek teh neodvisnih premikov dobimo z združevanjem hitrosti v skladu z enačbo.

Zdaj predpostavimo, da se molekula premika v smeri x v desno s hitrostjo u_x. Trčila bo v letalo in z s trenutkom mu_x, in ker je trk elastičen, bo odskočil s hitrostjo -u_x in zagon -mu_x.

Posledično je variacija količine gibanja ali zagona na molekulo in trka v smeri x mu_x - (-mu_x) = 2 mu_x.

Preden lahko znova udarite v isto steno, se morate sprehoditi naprej in nazaj do tiste pred vami. Pri tem prepotuje razdaljo 2l, kjer je l dolžina roba kocke. Iz tega sklepamo, da bo število trkov z desno steno molekule v eni sekundi u_x/ 2l, tako da bo sprememba trenutka na sekundo in molekule vredna:

(2 mu_x) (oz_x/ 2l) = mu_x²/ l

Enaka sprememba se pojavi za isto molekulo v ravnini yz, tako da se skupna sprememba količine gibanja na molekulo in sekundo v smeri x, je dvakratna količina, navedena v slednji enačba. Torej je razloženo:

Sprememba momenta / sekunde / molekule v smeri x = 2 (mu_x²/l)

Primeri plinov, ki jih preučuje Kinetična teorija

1. Vodik H
2. Helij He
3. Neon Ne
4. Hladilno sredstvo 134a
5. Amoniak NH₃
6. Ogljikov dioksid CO₂
7. Ogljikov monoksid CO
8. Zrak
9. Dušik N
10. Kisik O