Kinetinė molekulinė dujų teorija

Dujų kaip judančių dalelių modelis

Kinetinė molekulinė dujų teorija daro prielaidą, kad dujų dalelės veikia kaip kietos, visiškai elastingos sferos.

Yagi Studio / Getty Images

The kinetinė dujų teorija yra mokslinis modelis, paaiškinantis fizinį dujų elgesį kaip molekulinių dalelių, sudarančių dujas, judėjimą. Šiame modelyje dujas sudarančios submikroskopinės dalelės (atomai arba molekulės) nuolat juda atsitiktinai, nuolat susidurdamos ne tik viena su kita, bet ir su bet kurio indo, kuriame yra dujos, šonais. Būtent šis judėjimas lemia dujų fizines savybes, tokias kaip šiluma ir spaudimas .

Kinetinė dujų teorija taip pat vadinama tiesiog kinetinė teorija , arba kinetinis modelis, arba kinetinis-molekulinis modelis . Jis taip pat daugeliu atžvilgių gali būti taikomas skysčiams ir dujoms. (Pavyzdys Brauno judesys , aptartas toliau, kinetinę teoriją taiko skysčiams.)

Kinetinės teorijos istorija

Graikų filosofas Lukrecijus buvo ankstyvosios atomizmo formos šalininkas, nors kelis šimtmečius jis buvo iš esmės atmestas, o fizinis dujų modelis buvo sukurtas remiantis ne atominiu darbu. Aristotelis . Be teorijos apie materiją kaip mažas daleles, kinetinė teorija nebuvo išplėtota šioje Aristotelio sistemoje.

Danielio Bernoulli darbas pristatė kinetinę teoriją Europos auditorijai, paskelbdamas 1738 m. Hidrodinamika . Tuo metu net tokie principai kaip energijos taupymas nebuvo nustatyti, todėl daugelis jo metodų nebuvo plačiai pritaikyti. Per kitą šimtmetį kinetinė teorija tapo plačiau pritaikyta tarp mokslininkų, nes tai yra dalis augančios tendencijos, kad mokslininkai perima šiuolaikinį požiūrį į materiją, kurią sudaro atomai.

Vienas iš smeigtukų eksperimentiškai patvirtinant kinetinę teoriją, o atomizmas yra bendras, buvo susijęs su Browno judėjimu. Tai mažos dalelės, pakibusios skystyje, judėjimas, kuris po mikroskopu atrodo atsitiktinai trūkčiojantis. Pripažintame 1905 m. Albertas Einšteinas Brauno judėjimą paaiškino atsitiktiniais susidūrimais su skystį sudarančiomis dalelėmis. Šis dokumentas buvo Einšteino rezultatas daktaro disertacija darbą, kur taikydamas statistinius metodus problemai sukūrė difuzijos formulę. Panašų rezultatą nepriklausomai atliko lenkų fizikas Marianas Smoluchowskis, kuris paskelbė savo darbą 1906 m. Kartu šie kinetinės teorijos taikymai labai padėjo palaikyti idėją, kad skysčiai ir dujos (ir, tikėtina, kietosios medžiagos) susideda iš smulkios dalelės.

Kinetinės molekulinės teorijos prielaidos

Kinetinė teorija apima daugybę prielaidų, kurios daugiausia dėmesio skiria gebėjimui kalbėti apie idealios dujos .

• Molekulės traktuojamos kaip taškinės dalelės. Konkrečiai, viena iš to pasekmių yra ta, kad jų dydis yra labai mažas, palyginti su vidutiniu atstumu tarp dalelių.
• Molekulių skaičius ( N ) yra labai didelis, todėl neįmanoma stebėti atskirų dalelių elgesio. Vietoj to, analizuojant visos sistemos elgesį, taikomi statistiniai metodai.
• Kiekviena molekulė traktuojama kaip identiška bet kuriai kitai molekulei. Pagal savo įvairias savybes jie yra keičiami. Tai vėlgi padeda paremti idėją, kad atskirų dalelių nereikia sekti ir kad teorijos statistinių metodų pakanka išvadoms ir prognozėms padaryti.
• Molekulės nuolat juda atsitiktinai. Jie paklūsta Niutono judėjimo dėsniai .
• Susidūrimai tarp dalelių ir tarp dalelių bei dujų talpyklos sienelių yra tobuli elastiniai susidūrimai .
• Dujų konteinerių sienelės traktuojamos kaip idealiai standžios, nejudančios, be galo masyvios (lyginant su dalelėmis).

Šių prielaidų rezultatas yra tas, kad konteineryje yra dujų, kurios talpykloje juda atsitiktinai. Kai dujų dalelės atsitrenkia į konteinerio šoną, jos atsimuša į konteinerio šoną idealiai elastingai, o tai reiškia, kad atsitrenkus 30 laipsnių kampu, jos atsimuša 30 laipsnių kampu. kampu. Jų greičio komponentas, statmenas konteinerio šonui, keičia kryptį, bet išlaiko tą patį dydį.

Idealiųjų dujų įstatymas

Kinetinė dujų teorija yra reikšminga tuo, kad aukščiau pateiktų prielaidų rinkinys leidžia išvesti idealiųjų dujų dėsnį arba idealiųjų dujų lygtį, kuri susieja slėgį ( p ), tūris ( IN ), ir temperatūra ( T ), pagal Boltzmanno konstantą ( k ) ir molekulių skaičius ( N ). Gaunama idealiųjų dujų lygtis:

pV = NkT