Kinetička molekularna teorija plinova

kinetička teorija plinova znanstveni je model koji objašnjava fizičko ponašanje plina kao gibanje molekularnih čestica koje čine plin. U ovom se modelu submikroskopske čestice (atomi ili molekule) koje čine plin neprestano se kreću nasumičnim kretanjem, neprestano se sudarajući ne samo jedno s drugim, već i sa stranicama bilo kojeg spremnika u kojem je plin unutar. Upravo to gibanje rezultira fizičkim svojstvima plina kao što su toplina i pritisak.

Kinetička teorija plinova naziva se i samo kinetička teorija, ili kinetički model, ili kinetičko-molekularni model. Također se može primjenjivati ​​na tekućine, kao i na plin. (Primjer Brownovo kretanje, raspravljeno u nastavku, primjenjuje kinetičku teoriju na fluide.)

Grčki filozof Lucrecij bio je pobornik ranog oblika atomizma, premda je to bio u velikoj mjeri nekoliko stoljeća odbačeni u korist fizičkog modela plinova izgrađenog na neatomičnom radu od Aristotel. Bez teorije materije kao sitnih čestica, kinetička teorija se nije razvila u ovom Aristotelovom okviru.

Djelo Daniela Bernoullija predstavio je kinetičku teoriju europskoj publici u svojoj publikaciji iz 1738 Hydrodynamica. U to vrijeme nisu uspostavljena ni načela poput očuvanja energije, pa mnogo njegovih pristupa nije široko usvojeno. Tijekom sljedećeg stoljeća, kinetička teorija postala je široko prihvaćena među znanstvenicima, kao dio rastućeg trenda prema znanstvenicima koji prihvaćaju moderni pogled na materiju sastavljenu od atoma.

Jedan linč u eksperimentalno potvrđujući kinetičkoj teoriji, a atomizam je općenit, bio je povezan s Brownovim kretanjem. Ovo je gibanje sićušne čestice suspendirane u tekućini, koja pod mikroskopom izgleda kao da nasumično trza. U cijenjenom radu iz 1905. god. Albert Einstein objasnio je Brownovo kretanje u smislu slučajnih sudara s česticama koje čine tekućinu. Ovaj rad bio je rezultat Einsteinove doktorski rad djelo, gdje je stvorio formulu difuzije primjenom statističkih metoda na problem. Sličan rezultat neovisno je izveo poljski fizičar Marian Smoluchowski, koji je svoj rad objavio 1906. godine. Zajedno, ove primjene kinetičke teorije daleki su put podržale ideju da se tekućina i plinovi (a vjerojatno i krute tvari) sastoje od sitnih čestica.

Kinetička teorija uključuje niz pretpostavki koje se usredotočuju na mogućnost razgovaranja o an idealan plin.

• Molekule se tretiraju kao točkaste čestice. Konkretno, jedna implikacija toga je da je njihova veličina izuzetno mala u odnosu na prosječnu udaljenost između čestica.
• Broj molekula (N) vrlo je velik, u mjeri u kojoj praćenje ponašanja pojedinih čestica nije moguće. Umjesto toga, primjenjuju se statističke metode za analizu ponašanja sustava u cjelini.
• Svaka molekula tretira se identično kao bilo koja druga molekula. Oni su međusobno zamjenjivi s obzirom na različita svojstva. Ovo opet pomaže podržati ideju da pojedinačne čestice ne treba pratiti i da su statističke metode teorije dovoljne za donošenje zaključaka i predviđanja.
• Molekule su u stalnom, nasumičnom pokretu. Oni poslušaju Newtonovi zakoni kretanja.
• Sudari između čestica i između čestica i stijenki spremnika za plin su savršeno elastični sudari.
• Zidovi spremnika plinova smatraju se savršeno kruti, ne kreću se i beskonačno su masivni (u odnosu na čestice).

Rezultat tih pretpostavki je da imate plin u spremniku koji se nasumično kreće unutar spremnika. Kad se čestice plina sudaraju sa stranom spremnika, one odbijaju stranu boce u spremniku savršeno elastičan sudar, što znači da ako udari pod kutom od 30 stupnjeva, odskočit će na 30 stupnjeva kut. Komponenta njihove brzine okomita na stranu spremnika mijenja smjer, ali zadržava istu veličinu.

Kinetička teorija plinova značajna je po tome što nas skup pretpostavki dovodi do izvoda zakona idealnog plina ili jednadžbe idealnog plina koji odnosi tlak (p), volumen (V) i temperaturu (T), u smislu Boltzmannove konstante (k) i broj molekula (N). Rezultirajuća jednadžba idealnog plina je:

pV = NKT