Kaj je kinetična teorija plinov in kako je definirana?

Kinetična energija plina se nanaša na kapaciteto vsakega od njegovih delcev, ki je odvisna od hitrosti in s tem od temperature, ki ji je izpostavljen. Na podlagi tega koncepta difuzija plina omogoča, da se premika skozi medij.

Oba pojma, kinetično energijo in difuzijo v plinih, obravnavata Molekularno kinetična teorija ki sta ga razvila dva znanstvenika (Boltzmann in Maxwell) in pojasnjuje obnašanje plinov na splošno.

Funkcija in spremenljivke kinetične energije

Načeloma teorija opisuje spremenljivke, kot so hitrost in kinetična energija delcev in Neposredno jih poveže z drugimi spremenljivkami, kot sta tlak in temperatura, pri kateri je plin predložiti. Na podlagi tega je mogoče opisati, da:

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

To pomeni, da sta tlak in prostornina povezana s spremenljivkama molekule (m in N).

Na podlagi zgoraj navedenega Maxwell in Bolzmann predlagata matematično funkcijo, ki lahko opiše porazdelitev hitrosti plina kot funkcijo njegove molske mase in temperature. Opozoriti je treba, da je ta rezultat pridobljen s statistično analizo, kjer vsi delci plina nimajo enaka hitrost, vsak ima svojo hitrost, iz porazdelitve v krivulji pa je mogoče najti vrednost hitrosti pol. Končno naj bi bila povprečna hitrost plina:

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

Pri čemer je hitrost odvisna od absolutne temperature (T), molske mase (M) in univerzalne plinske konstante (R).

Potem se lahko razlaga, da če imajo različni plini enako temperaturo, bo imel tisti z večjo molsko maso nižjo povprečno hitrost in obratno. Podobno, če je isti plin izpostavljen dvema različnima temperaturama, bo tisti, kjer je temperatura višja, imel višjo povprečno hitrost, kot je pričakovati.

Koncept hitrosti je tesno povezan s kinetično energijo plina, saj:

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

Energija delca je funkcija njegove povprečne hitrosti. Glede na molekularno kinetično teorijo je za plin znano, da je povprečna vrednost podana z:

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

In to je odvisno izključno od temperature.

difuzija v plinih

Ko govorimo o plinih, lahko za njihovo opredelitev omenimo različne lastnosti. Na primer, govorimo lahko o njegovi gostoti, viskoznosti, parnem tlaku in številnih drugih spremenljivkah. Eden izmed njih (in zelo pomemben) je razširjanje.

Difuzija je povezana s sposobnostjo istega, da se giblje v določenem okolju. Na splošno je difuzija povezana z "gonilnimi silami", ki omogočajo migracijo tekočine z ene strani na drugo. Na primer, difuzija plina je odvisna od številnih parametrov, na primer, ali obstaja razlika v tlaku med točkama A in B, proti katerima se premika, ali razlika v koncentracijah. Po drugi strani pa je odvisno tudi od dejavnikov, kot sta temperatura in molska masa plina, kot je prikazano zgoraj.

Na podlagi zgoraj navedenega je Graham proučeval obnašanje plinov v smislu njihove difuzije in posnemal zakon, ki določa, da:

"Pri konstantnem tlaku in temperaturi so stopnje difuzije različnih plinov obratno sorazmerne s kvadratnim korenom njihovih gostot." V matematičnem smislu je izraženo takole:

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

V1 in v2 sta hitrosti plinov in \(\rho \) njihovi gostoti.

Če matematično delamo s prejšnjim izrazom, dobimo:

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

Ker sta M1 in M2 molski masi in če se tlak in temperatura ne spreminjata, je razmerje med njima enako razmerju med gostotami plinov.

Končno Grahamov zakon izraža zgoraj navedeno v smislu difuzijskega časa. Če upoštevamo, da morata oba plina difundirati po isti dolžini in s hitrostjo v1 in v2, ki sta bili predhodno določeni, lahko rečemo, da:

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

Končno lahko sklepamo, da bo imel plin z višjo molsko maso daljši čas difuzije kot plin z nižjo molsko maso, če sta oba izpostavljena enakim pogojem temperature in tlaka.