Kinetisk molekylær teori om gasser

Det kinetisk teori om gasser er en videnskabelig model, der forklarer den fysiske opførsel af en gas som bevægelse af de molekylære partikler, der komponerer gassen. I denne model bevæger de submikroskopiske partikler (atomer eller molekyler), der udgør gassen, sig konstant rundt i tilfældig bevægelse, der konstant kolliderer ikke kun med hinanden, men også med siderne af enhver beholder, som gassen er inden for. Det er denne bevægelse, der resulterer i gasens fysiske egenskaber, såsom varme og tryk.

Den kinetiske teori om gasser kaldes også bare kinetisk teori, eller den kinetisk model, eller den kinetisk-molekylær model. Det kan også på mange måder påføres væsker såvel som gas. (Eksemplet på Brownsk bevægelse, diskuteret nedenfor, anvender den kinetiske teori på væsker.)

Den græske filosof Lucretius var talsmand for en tidlig form for atomisme, skønt dette stort set var tilfældet kasseret i flere århundreder til fordel for en fysisk model af gasser, der er bygget på det ikke-atomære arbejde af

Daniel Bernoullis værk præsenterede den kinetiske teori for et europæisk publikum med hans publikation fra 1738 Hydrodynamica. På det tidspunkt var selv principper som energibesparelse ikke blevet fastlagt, og mange af hans tilgange blev derfor ikke bredt anvendt. I løbet af det næste århundrede blev den kinetiske teori mere udbredt blandt forskere som en del af en voksende tendens til, at forskere vedtog det moderne syn på materien som sammensat af atomer.

En af lynchpins i eksperimentelt bekræftelse af den kinetiske teori, og atomisme er generel, var relateret til Brownsk bevægelse. Dette er bevægelsen af ​​en lille partikel, der er ophængt i en væske, som under et mikroskop ser ud til tilfældigt at ryste. I et anerkendt papir fra 1905 Albert Einstein forklarede Browns bevægelse med hensyn til tilfældige kollisioner med partiklerne, der sammensatte væsken Dette papir var resultatet af Einsteins doktorafhandling arbejde, hvor han oprettede en diffusionsformel ved at anvende statistiske metoder til problemet. Et lignende resultat blev uafhængigt udført af den polske fysiker Marian Smoluchowski, der udgav sit arbejde i 1906. Til sammen gik disse anvendelser af kinetisk teori langt for at understøtte ideen om, at væsker og gasser (og sandsynligvis også faste stoffer) er sammensat af små partikler.

Den kinetiske teori involverer en række antagelser, der fokuserer på at være i stand til at tale om et ideel gas.

• Molekyler behandles som punktpartikler. Specifikt er en implikation heraf, at deres størrelse er ekstremt lille sammenlignet med den gennemsnitlige afstand mellem partikler.
• Antallet af molekyler (N) er meget stor, i det omfang at det ikke er muligt at spore individuel partikeladfærd. I stedet anvendes statistiske metoder til at analysere opførslen af ​​systemet som helhed.
• Hvert molekyle behandles som identisk med ethvert andet molekyle. De kan udskiftes med hensyn til deres forskellige egenskaber. Dette hjælper igen med at støtte ideen om, at individuelle partikler ikke behøver at blive holdt styr på, og at de statistiske metoder i teorien er tilstrækkelige til at nå frem til konklusioner og forudsigelser.
• Molekyler er i konstant, tilfældig bevægelse. De adlyder Newtons bevægelseslovgivning.
• Kollisioner mellem partiklerne og mellem partiklerne og væggene i en beholder til gassen er perfekt elastiske kollisioner.
• Vægge i containere med gasser behandles som perfekt stive, bevæger sig ikke og er uendeligt massive (i sammenligning med partiklerne).

Resultatet af disse antagelser er, at du har en gas i en container, der bevæger sig tilfældigt inde i beholderen. Når partikler af gassen kolliderer med siden af ​​beholderen, spretter de fra siden af ​​beholderen i a perfekt elastisk kollision, hvilket betyder, at hvis de strejker i en 30-graders vinkel, vil de hoppe af i en 30-graders grad vinkel. Komponenten af ​​deres hastighed vinkelret på siden af ​​beholderen ændrer retning, men bevarer den samme størrelse.

Den kinetiske teori om gasser er betydelig, idet sæt antagelserne ovenfor fører til, at vi udleder den ideelle gaslov, eller den ideelle gasligning, der relaterer trykket (p), volumen (V) og temperatur (T), med hensyn til Boltzmann-konstanten (k) og antallet af molekyler (N). Den resulterende ideelle gasligning er:

pV = NKT