Кінетична теорія газів

Кінетична теорія газів стверджує детально пояснити поведінку цих рідин, теоретичними процедурами на основі постульованого опису газу та деяких припущень. Ця теорія була вперше запропонована Бернуллі в 1738 році, а пізніше розширена і вдосконалена Клаузіусом, Максвеллом, Больцманом, Ван дер Ваальсом і Джинсом.

Постулати кінетичної теорії газів

Основні постулати цієї теорії такі:

1.- Вважається, що гази складаються з крихітних дискретних частинок, званихмолекули однакової маси і розміру в одному і тому ж газі, але різні для різних газів.

2.- Молекули контейнера знаходяться в хаотичний рух безперервно, під час якого вони стикаються один з одним або зі стінками контейнера, де вони знаходяться.

3.- В бомбардування стінок судини викликає тиск, тобто сила на одиницю площі, середня від зіткнень молекул.

4.- В зіткнення молекул є пружнимиІншими словами, поки тиск газу в контейнері не змінюється з часом при будь-якій температурі та тиску, втрата енергії через тертя не відбувається.

5.- В Абсолютна температура — це величина, пропорційна середній кінетичній енергії всіх молекул в системі.

6.- При відносно низькому тиску, середня відстань між молекулами велика порівняно з їх діаметрами, а отже, сили притягання, які залежать від молекулярного поділу, вважаються незначними.

7.- Нарешті, оскільки молекули малі порівняно з відстанню між ними, їх обсяг вважається незначним по відношенню до загального покритий.

Ігноруючи розміри молекул та їх взаємодію, як показано постулатами 6 і 7, цей теоретичний трактат обмежується ідеальними газами.

Математичний аналіз цієї газової концепції приводить нас до фундаментальних висновків, безпосередньо перевірених досвідом.

Фізичне пояснення кінетичної теорії газів

Припустимо, кубічний контейнер, заповнений n 'молекул газу, всі рівні, з однаковою масою і швидкістю, m і u відповідно. Швидкість u можна розкласти на три компоненти вздовж осей x, y і z.

Якщо позначити ці три компоненти u_x, або_і, або_z, тоді:

або² = u_x² + у_і² + у_z²

де ти² – середньоквадратична швидкість. Тепер ми пов’язуємо з кожним із цих компонентів одну молекулу масою m, здатну рухатися незалежно в будь-якому з відповідних напрямків x, y, z.

Остаточний ефект цих незалежних рухів досягається шляхом поєднання швидкостей відповідно до рівняння.

Тепер припустимо, що молекула рухається в напрямку x вправо зі швидкістю u_x. Він зіткнеться з площиною і z з моментом mu_x, а оскільки зіткнення пружне, воно відскакує зі швидкістю -u_x а імпульс -му_x.

Отже, зміна кількості руху, або імпульсу, на молекулу та зіткнення в напрямку x дорівнює mu_x - (-му_x) = 2 мкм_x.

Перш ніж ви зможете знову вдаритися про ту саму стіну, ви повинні пройти взад-вперед до тієї, що стоїть перед вами. При цьому він проходить відстань 2l, де l — довжина ребра куба. З цього випливає, що кількість зіткнень з правою стінкою молекули за одну секунду буде u_x/ 2l, тому зміна моменту за секунду і молекули буде коштувати:

(2м_x)(або_x/ 2л) = мю_x²/ л

Така сама зміна відбувається для однієї і тієї ж молекули в площині yz, так що загальна зміна кількості руху на молекулу і секунду в напрямку x, вдвічі перевищує величину, зазначену в останньому рівняння. Так пояснюється:

Зміна моменту / секунди / молекули, у напрямку x = 2 (мю_x²/l)

Приклади газів, що вивчаються кінетичною теорією

1. Гідроген H
2. Гелій Він
3. Неон Ne
4. Холодоагент 134а
5. Аміак NH₃
6. Вуглекислий газ CO₂
7. Окис вуглецю CO
8. Повітря
9. Азот Н
10. Кисень О