Qu'est-ce que la théorie cinétique?
La théorie cinétique est une théorie scientifique concernant la nature des gaz.La théorie porte de nombreux noms, notamment la théorie cinétique des gaz, la théorie cinétique-moléculaire, la théorie des collisions et la théorie cinétique-moléculaire des gaz.Il explique les propriétés observables et mesurables, également appelés macroscopiques, des gaz en termes de composition et d'activité moléculaires.Alors qu'Isaac Newton a émis que la pression d'un gaz est due à une répulsion statique entre les molécules, la théorie cinétique soutient que la pression est le résultat de collisions entre les molécules.
La théorie cinétique fait un certain nombre d'hypothèses sur les gaz.Premièrement, un gaz est fait de très petites particules, chacune avec une masse non nulle, se déplaçant constamment de manière aléatoire.Le nombre de molécules dans un échantillon de gaz doit être suffisamment grand pour la comparaison statistique.
La théorie cinétique suppose que les molécules de gaz sont parfaitement sphériques et élastiques, et que leurs collisions avec les parois de leur récipient sont également élastiques, ce qui signifie qu'ils ne résultent pasdans tout changement de vitesse.Le volume total de molécules de gaz est négligeable par rapport au volume total de leur conteneur, ce qui signifie qu'il existe un grand espace entre les molécules.De plus, le temps pendant la collision d'une molécule de gaz avec la paroi du conteneur est négligeable en relation avec le temps entre les collisions avec d'autres molécules.La théorie repose en outre sur l'hypothèse que tout effet relativiste ou quantique-mécanique est négligeable et que tout effet des particules de gaz les uns sur les autres est négligeable, à l'exception de la force exercée par les collisions.La température est le seul facteur affectant l'énergie cinétique moyenne ou l'énergie due au mouvement des particules de gaz.
Ces hypothèses doivent être maintenues pour que les équations de la théorie cinétique fonctionnent.Un gaz remplissant toutes ces hypothèses est une entité théorique simplifiée connue sous le nom de gaz idéal.Les gaz réels se comportent généralement suffisamment de la même manière que les gaz idéaux pour que les équations cinétiques soient utiles, mais le modèle n'est pas parfaitement précis.
La théorie cinétique définit la pression comme la force exercée par les molécules de gaz lorsqu'ils entrent en collision avec la paroi du récipient.La pression est calculée comme la force par zone, ou p ' f / a.La force est le produit du nombre de molécules de gaz, N, la masse de chaque molécule, M, et le carré de leur vitesse moyenne, V 2 RMS , tous divisés par trois fois la longueur du récipient, 3L.Par conséquent, nous avons l'équation suivante pour la force: F ' NMV 2 RMS / 3L.L'abréviation, RMS, représente le carré de moyennes, une moyenne de la vitesse de toutes les particules.
L'équation de la pression est p ' nmV 2 RMS / 3AL.Étant donné que la zone multipliée par la longueur est égale au volume, V, cette équation peut être simplifiée comme p ' nmV 2 RMS / 3V.Le produit de la pression et du volume, PV, est égal aux deux tiers de l'énergie cinétique totale, ou K, permettant la dérivation des propriétés macroscopiques à partir d'un microscopie.
Une partie importante de la théorie cinétique est que l'énergie cinétique varie en directement en directproportion à la température absolue d'un gaz.L'énergie cinétique est égale au produit de la température absolue, T, et la constante de Boltzman, K B , multipliée par 3/2;K ' 3tk b / 2.Par conséquent, chaque fois que la température est augmentée, l'énergie cinétique est augmentée et aucun autre facteur n'a d'effet sur l'énergie cinétique.