Kinetyczna molekularna teoria gazów

The kinetyczna teoria gazów jest modelem naukowym, który wyjaśnia fizyczne zachowanie gazu jako ruch cząsteczek molekularnych, które go tworzą. W tym modelu submikroskopowe cząstki (atomy lub cząsteczki), które tworzą gaz, nieustannie się poruszają losowy ruch, stale zderzający się nie tylko ze sobą, ale także z bokami dowolnego pojemnika, którym jest gaz w ciągu. Ten ruch powoduje fizyczne właściwości gazu, takie jak ciepło i nacisk.

Teoria kinetyczna gazów jest również nazywana po prostu teoria kinetyczna, albo model kinetyczny, albo model kinetyczno-molekularny. Można go również stosować na wiele sposobów do płynów i gazu. (Przykład Ruch Browna, omówione poniżej, stosuje teorię kinetyczną do płynów).

Grecki filozof Lukrecjusz był zwolennikiem wczesnej formy atomizmu, choć w dużej mierze tak było odrzucane na kilka stuleci na rzecz fizycznego modelu gazów zbudowanego na pracy nieatomowej z Arystoteles. Bez teorii materii jako drobnych cząstek teoria kinetyczna nie rozwinęła się w ramach tej struktury Arystotelesa.

Dzieło Daniela Bernoulli przedstawiło teorię kinetyczną europejskiej publiczności, publikując ją w 1738 r Hydrodynamica. W tym czasie nawet zasady takie jak zachowanie energii nie zostały ustalone, więc wiele jego podejść nie zostało powszechnie przyjętych. W ciągu następnego stulecia teoria kinetyczna stała się bardziej popularna wśród naukowców, jako część rosnącego trendu w kierunku naukowców przyjmujących nowoczesny pogląd na materię złożoną z atomów.

Jeden z linczów w eksperymentalnym potwierdzaniu teorii kinetycznej, a atomizm jest ogólny, był związany z ruchem Browna. Jest to ruch małej cząsteczki zawieszonej w cieczy, która pod mikroskopem wydaje się przypadkowo szarpać. W uznanym artykule z 1905 r. Albert Einstein wyjaśnił ruch Browna w kategoriach przypadkowych zderzeń z cząsteczkami składającymi się na ciecz. Ten artykuł był wynikiem pracy Einsteina Praca doktorska praca, w której stworzył formułę dyfuzyjną, stosując metody statystyczne do problemu. Podobnego wyniku dokonał samodzielnie polski fizyk Marian Smoluchowski, który opublikował swoją pracę w 1906 r. Razem te zastosowania teorii kinetycznej przeszły długą drogę, aby poprzeć ideę, że ciecze i gazy (i prawdopodobnie także ciała stałe) składają się z drobnych cząstek.

Teoria kinetyczna obejmuje szereg założeń, które koncentrują się na umiejętności mówienia o gaz doskonały.

• Cząsteczki są traktowane jak cząstki punktowe. W szczególności jedną z implikacji tego jest to, że ich rozmiar jest wyjątkowo mały w porównaniu ze średnią odległością między cząsteczkami.
• Liczba cząsteczek (N.) jest bardzo duży, o ile śledzenie zachowań poszczególnych cząstek nie jest możliwe. Zamiast tego stosuje się metody statystyczne do analizy zachowania systemu jako całości.
• Każda cząsteczka jest traktowana jako identyczna z każdą inną cząsteczką. Są one wymienne pod względem różnych właściwości. To ponownie pomaga poprzeć ideę, że poszczególne cząstki nie muszą być śledzone i że statystyczne metody teorii są wystarczające, aby dojść do wniosków i prognoz.
• Cząsteczki są w ciągłym, losowym ruchu. Oni są posłuszni Prawa ruchu Newtona.
• Zderzenia między cząstkami oraz między cząstkami a ściankami pojemnika na gaz są idealne zderzenia sprężyste.
• Ściany pojemników z gazami są traktowane jako idealnie sztywne, nie poruszają się i są nieskończenie masywne (w porównaniu do cząstek).

Rezultatem tych założeń jest to, że masz gaz w zbiorniku, który porusza się losowo w zbiorniku. Kiedy cząstki gazu zderzają się z bokiem pojemnika, odbijają się od boku pojemnika w idealnie elastyczne zderzenie, co oznacza, że ​​jeśli uderzą pod kątem 30 stopni, odbijają się pod kątem 30 stopni kąt. Składnik ich prędkości prostopadłej do boku pojemnika zmienia kierunek, ale zachowuje tę samą wielkość.

Kinetyczna teoria gazów jest znacząca, ponieważ zestaw powyższych założeń prowadzi nas do wyprowadzenia prawa gazu doskonałego lub równania gazu doskonałego, które odnosi się do ciśnienia (p), Tom (V.) i temperatura (T.), w kategoriach stałej Boltzmanna (k) i liczba cząsteczek (N.). Wynikowe równanie gazu doskonałego jest następujące:

pV = NkT