Hvad er kinetisk teori?
Kinetisk teori er en videnskabelig teori om gassers art. Teorien går under mange navne, herunder den kinetiske teori om gasser, kinetisk-molekylær teori, kollisionsteori og den kinetisk-molekylære teori om gasser. Det forklarer de observerbare og målbare, også kaldet makroskopiske, egenskaber ved gasser med hensyn til deres molekylære sammensætning og aktivitet. Mens Isaac Newton teoretiserede, at trykket af en gas skyldes statisk frastødning mellem molekyler, fastholder den kinetiske teori, at trykket er resultatet af kollisioner mellem molekyler.
Den kinetiske teori antager en række antagelser om gasser. For det første er en gas lavet af meget små partikler, hver med en ikke-nul masse, som konstant bevæger sig på en tilfældig måde. Antallet af molekyler i en gasprøve skal være stort nok til statistisk sammenligning.
Kinetisk teori antager, at gasmolekyler er perfekt sfæriske og elastiske, og at deres kollisioner med beholderens vægge også er elastiske, hvilket betyder, at de ikke resulterer i nogen ændring i hastighed. Det samlede volumen af gasmolekyler er ubetydelig sammenlignet med det samlede volumen af deres beholder, hvilket betyder, at der er rigelig plads mellem molekylerne. Desuden er tiden under kollisionen af et gasmolekyle med beholdervæggen ubetydelig i forhold til tiden mellem kollisioner med andre molekyler. Teorien bygger videre på antagelsen om, at enhver relativistisk eller kvantemekanisk effekt er ubetydelig, og at eventuelle virkninger af gaspartiklerne på hinanden er ubetydelige, med undtagelse af den kraft, der udøves ved kollisioner. Temperatur er den eneste faktor, der påvirker den gennemsnitlige kinetiske energi eller energi på grund af bevægelse af gaspartiklerne.
Disse antagelser skal opretholdes for at ligningerne af kinetisk teori kan fungere. En gas, der opfylder alle disse antagelser, er en forenklet teoretisk enhed kendt som en ideel gas. Reelle gasser opfører sig normalt på lignende måde som ideelle gasser til, at kinetiske ligninger kan være nyttige, men modellen er ikke helt nøjagtig.
Kinetisk teori definerer tryk som den kraft, der udøves af gasmolekyler, når de kolliderer med beholdervæggen. Tryk beregnes som kraften pr. Område eller P = F / A. Kraft er produktet af antallet af gasmolekyler, N, massen af hvert molekyle, m og kvadratet af deres gennemsnitlige hastighed, v 2 rms , alle divideret med tre gange længden af beholderen, 3l. Derfor har vi følgende ligning for kraft: F = Nmv 2 rms / 3l. Forkortelsen, rms, står for rod-middel-kvadrat, et gennemsnit af hastigheden for alle partikler.
Ligning for tryk er P = Nmv 2 rms / 3Al. Da areal ganget med længde er lig med volumen, V, kan denne ligning forenkles som P = Nmv 2 rms / 3V. Produktet af tryk og volumen, PV, er lig med to tredjedele af den samlede kinetiske energi eller K, hvilket tillader afledningen af makroskopiske egenskaber fra en mikroskopisk.
En vigtig del af den kinetiske teori er, at kinetisk energi varierer i direkte forhold til den absolutte temperatur på en gas. Kinetisk energi er lig med produktet af den absolutte temperatur, T og Boltzman-konstanten, kB, ganget med 3/2; K = 3Tk B / 2. Derfor øges kinetisk energi, hver gang temperaturen øges, og ingen andre faktorer har en effekt på kinetisk energi.