Nový

Kinetická molekulárna teória plynov

Kinetická molekulárna teória plynov

Kinetická teória plynov je vedecký model, ktorý vysvetľuje fyzikálne správanie sa plynu ako pohybu molekulárnych častíc tvoriacich plyn. V tomto modeli sa submikroskopické častice (atómy alebo molekuly), ktoré tvoria plyn, neustále pohybujú náhodným pohybom, neustále sa zrážajú nielen navzájom, ale tiež so stranami akejkoľvek nádoby, v ktorej je plyn vo vnútri. Tento pohyb vedie k fyzikálnym vlastnostiam plynu, ako je teplo a tlak.

Kinetická teória plynov sa nazýva len kinetická teória, alebo kinetický model, alebo kineticko-molekulárny model, Môže sa tiež mnohými spôsobmi aplikovať na tekutiny, ako aj na plyn. (Príklad Brownovho pohybu, diskutovaný nižšie, aplikuje kinetickú teóriu na tekutiny.)

Dejiny kinetickej teórie

Grécky filozof Lucretius bol zástancom ranej formy atomizmu, hoci to bolo na niekoľko storočí do značnej miery zbavené v prospech fyzického modelu plynov, ktorý bol postavený na atomárskom diele Aristotela. Bez teórie hmoty ako malých častíc sa kinetická teória v tomto aristotelovom rámci nerozvinula.

Práca Daniela Bernoulliho predstavila kinetickú teóriu európskemu publiku s jeho publikáciou z roku 1738 Hydrodynamika, V tom čase sa ešte nestanovili ani zásady, ako je úspora energie, a tak sa veľa jeho prístupov neprijalo široko. V priebehu budúceho storočia sa kinetická teória rozšírila medzi vedcov ako súčasť rastúceho trendu smerom k vedcom, ktorí prijali moderný pohľad na hmotu zloženú z atómov.

Jeden z lynpínov v experimentálnom potvrdení kinetickej teórie a atomizmus je všeobecný, súvisel s Brownovým pohybom. Toto je pohyb malej častice suspendovanej v kvapaline, ktorá sa pod mikroskopom javí ako náhodná šklbanie. V uznávanom dokumente z roku 1905 Albert Einstein vysvetlil Brownov pohyb ako náhodné kolízie s časticami, ktoré tvorili tekutinu. Tento príspevok bol výsledkom práce Einsteinovej dizertačnej práce, kde vytvoril difúzny vzorec pomocou štatistických metód pre daný problém. Podobný výsledok nezávisle vykonal poľský fyzik Marian Smoluchowski, ktorý publikoval svoju prácu v roku 1906. Tieto aplikácie kinetickej teórie spoločne viedli dlhú cestu k podpore myšlienky, že tekutiny a plyny (a pravdepodobne aj tuhé látky) sú zložené z drobné častice.

Predpoklady kinetickej molekulárnej teórie

Kinetická teória zahŕňa množstvo predpokladov, ktoré sa zameriavajú na schopnosť hovoriť o ideálnom plyne.

  • Molekuly sa spracovávajú ako bodové častice. Konkrétne je jedným dôsledkom toho, že ich veľkosť je v porovnaní s priemernou vzdialenosťou medzi časticami extrémne malá.
  • Počet molekúl (N) je veľmi veľká, pokiaľ nie je možné sledovať správanie jednotlivých častíc. Namiesto toho sa na analýzu správania systému ako celku používajú štatistické metódy.
  • Každá molekula je považovaná za identickú s akoukoľvek inou molekulou. Sú zameniteľné z hľadiska rôznych vlastností. To opäť podporuje myšlienku, že jednotlivé častice nemusia byť sledované a že štatistické metódy teórie sú dostatočné na to, aby sa dospelo k záverom a predpovedi.
  • Molekuly sú v konštantnom náhodnom pohybe. Dodržiavajú Newtonove zákony pohybu.
  • Zrážky medzi časticami a medzi časticami a stenami nádoby na plyn sú dokonale elastické zrážky.
  • Steny kontajnerov s plynmi sa považujú za úplne tuhé, nepohybujú sa a sú nekonečne masívne (v porovnaní s časticami).

Výsledkom týchto predpokladov je, že v nádobe je plyn, ktorý sa v nádobe náhodne pohybuje. Keď sa častice plynu zrazia so stranou zásobníka, odrazia sa zo strany zásobníka dokonale elastickým nárazom, čo znamená, že ak narazia v uhle 30 stupňov, odrazia sa v uhle 30 stupňov. uhol. Zložka ich rýchlosti kolmá na stranu kontajnera mení smer, ale zachováva si rovnakú veľkosť.

Zákon o ideálnom plyne

Kinetická teória plynov je významná v tom, že skupina predpokladov uvedených vyššie nás vedie k odvodeniu zákona o ideálnom plyne alebo rovnici ideálneho plynu, ktorá sa týka tlaku (p), objem (V) a teplota (T), pokiaľ ide o Boltzmannovu konštantu (k) a počet molekúl (N). Výsledná ideálna rovnica plynu je:

pV = NKT