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, y compris 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 appelées macroscopiques, des gaz en termes de composition moléculaire et d'activité. Isaac Newton a émis l'hypothèse que la pression d'un gaz est due à la répulsion statique entre molécules, mais la théorie cinétique soutient que la pression est le résultat de collisions entre molécules.
La théorie cinétique repose sur un certain nombre d'hypothèses sur les gaz. Premièrement, un gaz est constitué de très petites particules, chacune ayant une masse non nulle, se déplaçant constamment de manière aléatoire. Le nombre de molécules dans un échantillon de gaz doit être suffisamment grand pour permettre une 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 conteneur sont également élastiques, ce qui signifie qu'elles ne provoquent aucun changement de vitesse. Le volume total des molécules de gaz est négligeable par rapport au volume total de leur conteneur, ce qui signifie qu'il y a un grand espace entre les molécules. De plus, le temps écoulé pendant la collision d'une molécule de gaz avec la paroi du récipient est négligeable par rapport au temps qui s'écoule entre des collisions avec d'autres molécules. La théorie repose en outre sur l'hypothèse que les effets relativistes ou quantiques sont négligeables et que les effets des particules de gaz les uns sur les autres sont négligeables, à l'exception de la force exercée par les collisions. La température est le seul facteur qui affecte l'énergie cinétique moyenne, ou énergie due au mouvement, des particules de gaz.
Ces hypothèses doivent être maintenues pour que les équations de la théorie cinétique fonctionnent. Un gaz satisfaisant à toutes ces hypothèses est une entité théorique simplifiée appelée gaz idéal. Le comportement des gaz réels est généralement assez similaire à celui des gaz parfaits 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'elles entrent en collision avec la paroi du conteneur. La pression est calculée en tant que force par surface ou P = F / A. La force est le produit du nombre de molécules de gaz, N, de la masse de chaque molécule, m, et du carré de leur vitesse moyenne, v 2 valeur efficace , le tout divisé par trois fois la longueur du récipient, 3l. Par conséquent, nous avons l'équation suivante pour la force: F = Nmv 2 valeur efficace / 3l. L'abréviation, rms, signifie racine-moyenne-carré, moyenne de la vitesse de toutes les particules.
L'équation pour la pression est P = Nmv 2 valeur efficace / 3Al. Puisque la surface multipliée par la longueur est égale au volume, V, cette équation peut être simplifiée comme P = Nmv 2 valeur efficace / 3V. Le produit de la pression et du volume, PV, est égal aux deux tiers de l’énergie cinétique totale, ou K, permettant de dériver des propriétés macroscopiques à partir de propriétés microscopiques.
Une partie importante de la théorie cinétique est que l’énergie cinétique varie directement proportionnellement à la température absolue d’un gaz. L'énergie cinétique est égale au produit de la température absolue T et de la constante de Boltzman, k B , multipliée par 3/2; K = 3Tk B / 2. Par conséquent, chaque fois que la température augmente, l’énergie cinétique augmente et aucun autre facteur n’a d’effet sur l’énergie cinétique.