Τι είναι η κινητική θεωρία;

Η κινητική θεωρία είναι μια επιστημονική θεωρία σχετικά με τη φύση των αερίων.Η θεωρία πηγαίνει από πολλά ονόματα, συμπεριλαμβανομένης της κινητικής θεωρίας των αερίων, της κινητικής μοριακής θεωρίας, της θεωρίας των συγκρούσεων και της κινητικής-μοριακής θεωρίας των αερίων.Εξηγεί τις παρατηρήσιμες και μετρήσιμες, που ονομάζονται επίσης μακροσκοπικές ιδιότητες των αερίων όσον αφορά τη μοριακή σύνθεση και τη δραστηριότητά τους.Ενώ ο Isaac Newton θεωρούσε ότι η πίεση ενός αερίου οφείλεται στη στατική απόρριψη μεταξύ των μορίων, η κινητική θεωρία θεωρεί ότι η πίεση είναι το αποτέλεσμα των συγκρούσεων μεταξύ των μορίων.Πρώτον, ένα αέριο είναι κατασκευασμένο από πολύ μικρά σωματίδια, το καθένα με μη μηδενική μάζα, συνεχώς κινείται με τυχαίο τρόπο.Ο αριθμός των μορίων σε ένα δείγμα αερίου πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος για στατιστική σύγκριση. Η κινητική θεωρία προϋποθέτει ότι τα μόρια αερίου είναι απόλυτα σφαιρικά και ελαστικά και ότι οι συγκρούσεις τους με τα τείχη του δοχείου τους είναι επίσης ελαστικά, πράγμα που σημαίνει ότι δεν προκύπτουνσε οποιαδήποτε αλλαγή της ταχύτητας.Ο συνολικός όγκος των μορίων αερίου είναι αμελητέος σε σύγκριση με τον συνολικό όγκο του δοχείου τους, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει αρκετός χώρος μεταξύ των μορίων.Επιπλέον, ο χρόνος κατά τη σύγκρουση ενός μορίου αερίου με το τοίχωμα του δοχείου είναι αμελητέος σε σχέση με το χρόνο μεταξύ συγκρούσεων με άλλα μόρια.Η θεωρία βασίζεται περαιτέρω στην υπόθεση ότι τυχόν σχετικιστικές ή κβαντικές μηχανικές επιδράσεις είναι αμελητέες και ότι τυχόν αποτελέσματα των σωματιδίων αερίου μεταξύ τους είναι αμελητέες, με εξαίρεση τη δύναμη που ασκείται από τις συγκρούσεις.Η θερμοκρασία είναι ο μόνος παράγοντας που επηρεάζει τη μέση κινητική ενέργεια ή την ενέργεια που οφείλεται στην κίνηση, των σωματιδίων αερίου.Ένα αέριο που εκπληρώνει όλες αυτές τις υποθέσεις είναι μια απλοποιημένη θεωρητική οντότητα γνωστή ως ιδανικό αέριο.Τα πραγματικά αέρια συνήθως συμπεριφέρονται αρκετά παρόμοια με τα ιδανικά αέρια για τις κινητικές εξισώσεις να είναι χρήσιμες, αλλά το μοντέλο δεν είναι απόλυτα ακριβές.

Η κινητική θεωρία ορίζει την πίεση όπως η δύναμη που ασκείται από τα μόρια αερίου καθώς συγκρούονται με το τοίχωμα του δοχείου.Η πίεση υπολογίζεται ως δύναμη ανά περιοχή ή p ' f/a.Η δύναμη είναι το προϊόν του αριθμού των μορίων αερίου, n, της μάζας κάθε μορίου, m, και το τετράγωνο της μέσης ταχύτητας τους, V

2

rms

, όλα διαιρούνται κατά τρεις φορές το μήκος του δοχείου, 3L.Επομένως, έχουμε την ακόλουθη εξίσωση για τη δύναμη: F ' NMV

2

^RMS /3L.Η συντομογραφία, RMS, αντιπροσωπεύει ριζική-μέση τετραγωνική, κατά μέσο όρο της ταχύτητας όλων των σωματιδίων.Δεδομένου ότι η περιοχή πολλαπλασιασμένη κατά μήκος είναι ίση με τον όγκο, V, αυτή η εξίσωση μπορεί να απλοποιηθεί ως p ' nmv ₂ ^rms /3V.Το προϊόν της πίεσης και του όγκου, PV, είναι ίσο με τα δύο τρίτα της συνολικής κινητικής ενέργειας ή K, επιτρέποντας την παραγωγή μακροσκοπικών ιδιοτήτων από ένα μικροσκοπικό. Ένα σημαντικό μέρος της κινητικής θεωρίας είναι ότι η κινητική ενέργεια ποικίλλει σε άμεσηαναλογία προς την απόλυτη θερμοκρασία ενός αερίου.Η κινητική ενέργεια είναι ίση με το προϊόν της απόλυτης θερμοκρασίας, Τ και της σταθεράς Boltzman, K

B

, πολλαπλασιασμένο με 3/2.K ' 3TK ^b /2.Επομένως, κάθε φορά που αυξάνεται η θερμοκρασία, η κινητική ενέργεια αυξάνεται και κανένας άλλος παράγοντες δεν έχει επίδραση στην κινητική ενέργεια.