Co je kinetická teorie?
Kinetická teorie je vědecká teorie týkající se povahy plynů. Teorie prochází mnoha jmény, včetně kinetické teorie plynů, kineticko-molekulární teorie, kolizní teorie a kineticko-molekulární teorie plynů. Vysvětluje pozorovatelné a měřitelné, také nazývané makroskopické vlastnosti plynů z hlediska jejich molekulárního složení a aktivity. Zatímco Isaac Newton teoretizoval, že tlak plynu je způsoben statickým odpuzováním mezi molekulami, kinetická teorie tvrdí, že tlak je výsledkem kolizí mezi molekulami.
Kinetická teorie obsahuje řadu předpokladů o plynech. Nejprve je plyn vyroben z velmi malých částic, z nichž každá má nenulovou hmotnost a neustále se náhodně pohybuje. Počet molekul ve vzorku plynu musí být dostatečně velký pro statistické srovnání.
Kinetická teorie předpokládá, že molekuly plynu jsou dokonale kulové a elastické a že jejich srážky se stěnami nádoby jsou také elastické, což znamená, že nevedou k žádné změně rychlosti. Celkový objem molekul plynu je zanedbatelný ve srovnání s celkovým objemem jejich nádoby, což znamená, že mezi molekulami je dostatek prostoru. Kromě toho je čas při srážce molekuly plynu se stěnou nádoby zanedbatelný ve vztahu k času mezi srážkami s jinými molekulami. Teorie se dále opírá o předpoklad, že jakýkoli relativistický nebo kvantově-mechanický efekt je zanedbatelný a že jakýkoli účinek částic plynu na sebe je zanedbatelný, s výjimkou síly vyvolané srážkami. Teplota je jediným faktorem ovlivňujícím průměrnou kinetickou energii nebo energii způsobenou pohybem částic plynu.
Tyto předpoklady musí být zachovány, aby fungovaly rovnice kinetické teorie. Plyn splňující všechny tyto předpoklady je zjednodušená teoretická entita známá jako ideální plyn. Skutečné plyny se obvykle chovají podobně jako ideální plyny, aby byly kinetické rovnice užitečné, ale model není dokonale přesný.
Kinetická teorie definuje tlak jako sílu vyvíjenou molekulami plynu, když se srazí se stěnou nádoby. Tlak se vypočítá jako síla na plochu, nebo P = F / A. Síla je součin počtu molekul plynu, N, hmotnosti každé molekuly, ma čtverce jejich průměrné rychlosti, v2 rms , vše děleno trojnásobkem délky nádoby, 3l. Proto máme pro sílu následující rovnici: F = Nmv 2 rms / 3l. Zkratka rms znamená střední kvadratický průměr, což je průměr rychlosti všech částic.
Rovnice pro tlak je P = Nmv 2 rms / 3Al. Protože se plocha vynásobená délkou rovná objemu V, lze tuto rovnici zjednodušit jako P = Nmv 2 rms / 3V. Součin tlaku a objemu, PV, se rovná dvěma třetinám celkové kinetické energie neboli K, což umožňuje odvodit makroskopické vlastnosti z mikroskopického.
Důležitou součástí kinetické teorie je to, že kinetická energie se mění v přímém poměru k absolutní teplotě plynu. Kinetická energie se rovná součinu absolutní teploty T a Boltzmanovy konstanty, k B , vynásobené 3/2; K = 3Tk B / 2. Proto, kdykoli se teplota zvýší, zvyšuje se kinetická energie a na kinetickou energii nemají žádný vliv jiné faktory.