Основные положения молекулярно кинетической теории

Что такое кинетическая молекулярная теория?
Кинетическая молекулярная теория - это теория, которая объясняет поведение газа с точки зрения движения и взаимодействия составляющих его частиц, которые обычно представляют собой атомы или молекулы. Теория имеет несколько ключевых предположений, в том числе о том, что частицы в газе постоянно движутся и сталкиваются друг с другом, что между частицами нет сил притяжения или отталкивания (за исключением случаев столкновений), и что средняя кинетическая энергия частиц пропорциональна температуре газа.

Одним из ключевых следствий кинетической молекулярной теории является то, что движение частиц газа определяет макроскопические свойства газа, такие как его давление, температура и объем. Например, давление газа возникает в результате столкновений частиц газа со стенками контейнера, в то время как температура газа напрямую связана со средней кинетической энергией частиц.

Основные концепции
Вы изучите кинетическую молекулярную теорию газов и узнаете, как использовать среднеквадратичную формулу для определения средней скорости газа.

Кинетическая молекулярная теория – ключевые моменты
Все частицы газа движутся в случайных направлениях со случайными скоростями.
Если частицы движутся с равной вероятностью в разных направлениях, средняя скорость будет равна 0.

Напомним, что скорость - это вектор, имеющий как направление, так и величину, тогда как скорость - это скаляр, имеющий только величину.

Средняя скорость частиц газа может быть рассчитана с помощью среднеквадратичной формулы.

Основные предположения

Для кинетической молекулярной теории мы используем основные предположения для идеальных газов, таких как гелий, которые

Объем, занимаемый одной частицей газа, ничтожно мал по сравнению с объемом, занимаемым самим газом

Частицы газа не оказывают притягивающих или отталкивающих сил на другие частицы газа

Мы также должны делать предположения относительно движения частиц, т.е.

Частицы газа находятся в движении и беспорядочно движутся в одном направлении, пока не столкнутся с другим телом

Столкновения между частицами газа являются полностью упругими

Это означает, что при столкновении двух газовых частиц кинетическая энергия сохраняется во время столкновения

Кинетическая энергия молекул газа пропорциональна только абсолютной температуре

Это означает, что при снижении температуры до абсолютного нуля кинетическая энергия и скорость частиц также уменьшаются до нуля.

Что такое кинетическая молекулярная теория?

Итак, каково определение кинетической молекулярной теории?

Кинетическая молекулярная теория газов - это способ описания случайного движения частиц в образце газа. В нем говорится, что все отдельные частицы движутся в случайных направлениях со случайными скоростями.

Из нашего 5-го предположения напомним, что эта случайная скорость является функцией абсолютной температуры. Из-за этого вы можете предположить, что все частицы будут иметь одинаковую скорость. Однако образец газа на самом деле имеет диапазон скоростей, образуя нормальное распределение с разной высотой и шириной для разных температур. Составляя эти нормальные распределения вместе, мы можем видеть, что с повышением температуры увеличивается количество частиц, испытывающих более высокие скорости, а если температура снижается, количество частиц, испытывающих более высокие скорости, уменьшается.

На этом графике, известном как распределение Максвелла Ботлцмана, n представляет долю частиц, а v представляет кинетическую энергию частицы. Разные линии представляют нормальные распределения при разных температурах в градусах Цельсия.

Из этого графика на фото вверху видно (нажмите на него для открытия в большем формате), что при повышении температуры от -100 до 600 увеличивается количество частиц с более высокой кинетической энергией.

Влияние массы частиц на среднюю скорость

Рассмотрим уравнение для кинетической энергии,

Кинетическая энергия Ек = (m*v^2)/2 Ек — кинетическая энергия [Дж] m — масса тела [кг] v — скорость [м/с]. Чем быстрее движется тело, тем больше его кинетическая энергия. И наоборот — чем медленнее, тем меньше кинетическая энергия.

Из этого уравнения ясно, что для частиц с одинаковой кинетической энергией по мере увеличения массы скорость будет уменьшаться в степени два.