Cos'è la teoria cinetica?
La teoria cinetica è una teoria scientifica sulla natura dei gas.La teoria passa con molti nomi, tra cui la teoria cinetica dei gassi, la teoria cinetica-molecolare, la teoria della collisione e la teoria cinetica-molecolare dei gas.Spiega le proprietà osservabili e misurabili, chiamate anche macroscopiche dei gas in termini di composizione e attività molecolare.Mentre Isaac Newton teorizzava che la pressione di un gas è dovuta alla repulsione statica tra le molecole, la teoria cinetica sostiene che la pressione sia il risultato delle collisioni tra molecole.
La teoria cinetica fa una serie di ipotesi sui gas.Innanzitutto, un gas è realizzato con particelle molto piccole, ognuna con massa diversa da zero, che si muove costantemente in modo casuale.Il numero di molecole in un campione di gas deve essere abbastanza grande per il confronto statistico.
La teoria cinetica presuppone che le molecole di gas siano perfettamente sferiche ed elastiche e che le loro collisioni con le pareti del loro contenitore siano anche elastiche, il che significa che non risultanoin qualsiasi cambiamento di velocità.Il volume totale delle molecole di gas è trascurabile rispetto al volume totale del loro contenitore, il che significa che c'è un ampio spazio tra le molecole.Inoltre, il tempo durante la collisione di una molecola di gas con la parete del contenitore è trascurabile in relazione al tempo tra collisioni con altre molecole.La teoria si basa ulteriormente sul presupposto che eventuali effetti relativistici o quantistici-meccanici siano trascurabili e che qualsiasi effetto delle particelle di gas sia trascurabile, ad eccezione della forza esercitata dalle collisioni.La temperatura è l'unico fattore che influenza l'energia cinetica media o l'energia dovuta al movimento delle particelle di gas.
Questi presupposti devono essere mantenuti affinché le equazioni della teoria cinetica funzioni.Un gas che soddisfa tutte queste ipotesi è un'entità teorica semplificata nota come gas ideale.I gas reali di solito si comportano abbastanza allo stesso modo per essere utili i gas ideali per le equazioni cinetiche, ma il modello non è perfettamente accurato.
La teoria cinetica definisce la pressione come la forza esercitata dalle molecole di gas mentre si scontrano con la parete del contenitore.La pressione viene calcolata come forza per area o p ' f/a.La forza è il prodotto del numero di molecole di gas, N, la massa di ciascuna molecola, M e il quadrato della loro velocità media, V 2 RMS , tutte divise per tre volte la lunghezza del contenitore, 3L.Pertanto, abbiamo la seguente equazione per la forza: F ' NMV 2 RMS /3L.L'abbreviazione, RMS, sta per radice-media, una media della velocità di tutte le particelle.
L'equazione per la pressione è P ' NMV 2 RMS /3al.Poiché l'area moltiplicata per lunghezza è uguale al volume, V, questa equazione può essere semplificata come p ' NMV 2 RMS /3V.Il prodotto di pressione e volume, PV, è pari a due terzi l'energia cinetica totale, o K, consentendo la derivazione delle proprietà macroscopiche da una microscopica.
Una parte importante della teoria cinetica è che l'energia cinetica varia in direttaproporzione alla temperatura assoluta di un gas.L'energia cinetica è uguale al prodotto della temperatura assoluta, T, e alla costante di Boltzman, K B , moltiplicata per 3/2;K ' 3TK B /2.Pertanto, ogni volta che la temperatura viene aumentata, l'energia cinetica viene aumentata e nessun altro fattore ha un effetto sull'energia cinetica.