Teoria cinetică a gazelor

Susține teoria cinetică a gazelor explicați în detaliu comportamentul acestor fluide, prin proceduri teoretice bazate pe o descriere postulată a unui gaz și câteva ipoteze. Această teorie a fost propusă pentru prima dată de Bernoulli în 1738 și ulterior extinsă și îmbunătățită de Clausius, Maxwell, Boltzmann, van der Waals și Jeans.

Postulatele teoriei cinetice a gazelor

Postulatele fundamentale ale acestei teorii sunt:

1.- Se consideră că Gazele sunt formate din mici particule discrete numitemolecule de masă și dimensiune egale în același gaz, dar diferit pentru diferite gaze.

2.- Moleculele unui recipient se află în mișcare haotică neîncetat, în timpul cărora se ciocnesc între ele sau cu pereții containerului în care se află.

3.- The bombardarea pereților navei determină o presiune, adică o forță pe unitate de suprafață, media coliziunilor moleculelor.

4.- The coliziunile moleculelor sunt elasticeCu alte cuvinte, atâta timp cât presiunea gazului într-un recipient nu variază în timp la orice temperatură și presiune, nu există pierderi de energie din cauza fricțiunii.

5.- Temperatura absolută este o cantitate proporțională cu energia cinetică medie a tuturor moleculelor dintr-un sistem.

6.- La presiuni relativ mici, distanța medie dintre molecule este mare în comparație cu diametrul lorși, prin urmare, forțele de atracție, care depind de separarea moleculară, sunt considerate neglijabile.

7.- În cele din urmă, deoarece moleculele sunt mici în comparație cu distanța dintre ele, lor volumul este considerat neglijabil în raport cu totalul acoperit.

Prin ignorarea dimensiunii moleculelor și a interacțiunii acestora, așa cum se arată în postulatele 6 și 7, acest tratat teoretic este limitat la gazele ideale.

O analiză matematică a acestui concept de gaz ne conduce la concluzii fundamentale direct verificabile prin experiență.

Explicația fizică a teoriei cinetice a gazelor

Să presupunem că un recipient cub umplut cu n 'molecule de gaz, toate egale și cu aceeași masă și viteză, m și respectiv u. Este posibil să descompunem viteza u în trei componente de-a lungul axelor x, y și z.

Dacă desemnăm aceste trei componente u_X, sau_Da, sau_z, atunci:

sau² = u_X² + u_Da² + u_z²

unde ai² este viteza pătrată medie a rădăcinii. Acum asociem fiecăreia dintre aceste componente o singură moleculă de masă m capabilă să se deplaseze independent în oricare dintre direcțiile corespunzătoare x, y, z.

Efectul final al acestor mișcări independente este obținut prin combinarea vitezelor conform ecuației.

Acum presupunem că molecula se mișcă în direcția x spre dreapta cu viteza u_X. Se va ciocni cu planul și z cu momentul mu_X, și deoarece coliziunea este elastică, va sări cu o viteză -u_X iar impulsul -mu_X.

În consecință, Variația cantității de mișcare sau impuls, pe moleculă și coliziune în direcția x este mu_X - (-mu_X) = 2mu_X.

Înainte de a putea lovi din nou același perete, trebuie să mergi înainte și înapoi către cel din fața ta. Procedând astfel, parcurge o distanță de 2l, unde l este lungimea marginii cubului. Din aceasta deducem că numărul de coliziuni cu peretele drept al moleculei într-o secundă va fi u_X/ 2l, deci schimbarea momentului pe secundă și a moleculei va merita:

(2mu_X)(sau_X/ 2l) = mu_X²/ l

Aceeași variație apare pentru aceeași moleculă în planul yz, astfel încât modificarea totală a cantității de mișcare pe moleculă și secundă în direcția x, este de două ori cantitatea indicată în aceasta din urmă ecuaţie. Deci, se explică:

Schimbarea momentului / secundei / moleculei, în direcția x = 2 (mu_X²/l)

Exemple de gaze studiate de teoria cinetică

1. Hidrogen H
2. Helium He
3. Neon Ne
4. Agent frigorific 134a
5. Amoniac NH₃
6. Dioxid de carbon CO₂
7. CO monoxid de carbon
8. Aer
9. Azotul N
10. Oxigen O