Wat is kinetische theorie?
Kinetische theorie is een wetenschappelijke theorie over de aard van gassen. De theorie kent vele namen, waaronder de kinetische theorie van gassen, de kinetisch-moleculaire theorie, de botsingstheorie en de kinetisch-moleculaire theorie van gassen. Het verklaart de waarneembare en meetbare, ook macroscopische, eigenschappen van gassen in termen van hun moleculaire samenstelling en activiteit. Terwijl Isaac Newton theoretiseerde dat de druk van een gas te wijten is aan statische afstoting tussen moleculen, stelt de kinetische theorie dat druk het resultaat is van botsingen tussen moleculen.
De kinetische theorie maakt een aantal veronderstellingen over gassen. Eerst wordt een gas gemaakt van zeer kleine deeltjes, elk met een massa die niet nul is en die constant op een willekeurige manier beweegt. Het aantal moleculen in een gasmonster moet groot genoeg zijn voor statistische vergelijking.
De kinetische theorie veronderstelt dat gasmoleculen perfect bolvormig en elastisch zijn en dat hun botsingen met de wanden van hun container ook elastisch zijn, wat betekent dat ze niet resulteren in een verandering in snelheid. Het totale volume gasmoleculen is te verwaarlozen in vergelijking met het totale volume van hun container, wat betekent dat er voldoende ruimte is tussen de moleculen. Bovendien is de tijd tijdens de botsing van een gasmolecuul met de wand van de container verwaarloosbaar in relatie tot de tijd tussen botsingen met andere moleculen. De theorie gaat verder uit van de veronderstelling dat alle relativistische of kwantummechanische effecten te verwaarlozen zijn en dat alle effecten van de gasdeeltjes op elkaar te verwaarlozen zijn, met uitzondering van de kracht die wordt uitgeoefend door botsingen. Temperatuur is de enige factor die de gemiddelde kinetische energie of energie als gevolg van beweging van de gasdeeltjes beïnvloedt.
Deze veronderstellingen moeten worden gehandhaafd om de vergelijkingen van de kinetische theorie te laten werken. Een gas dat aan al deze veronderstellingen voldoet, is een vereenvoudigde theoretische entiteit die bekend staat als een ideaal gas. Echte gassen gedragen zich meestal op dezelfde manier als ideale gassen voor kinetische vergelijkingen om bruikbaar te zijn, maar het model is niet perfect nauwkeurig.
De kinetische theorie definieert druk als de kracht die wordt uitgeoefend door gasmoleculen wanneer deze botsen met de wand van de container. Druk wordt berekend als de kracht per gebied, of P = F / A. Kracht is het product van het aantal gasmoleculen, N, de massa van elk molecuul, m, en het kwadraat van hun gemiddelde snelheid, v 2 rms , alle gedeeld door drie keer de lengte van de container, 3l. Daarom hebben we de volgende vergelijking voor kracht: F = Nmv 2 rms / 3l. De afkorting, rms, staat voor root-mean-square, een gemiddelde van de snelheid van alle deeltjes.
De vergelijking voor druk is P = Nmv 2 rms / 3Al. Omdat het gebied vermenigvuldigd met de lengte gelijk is aan het volume, V, kan deze vergelijking worden vereenvoudigd als P = Nmv 2 rms / 3V. Het product van druk en volume, PV, is gelijk aan tweederde van de totale kinetische energie, of K, waardoor macroscopische eigenschappen kunnen worden afgeleid van een microscopische.
Een belangrijk onderdeel van de kinetische theorie is dat kinetische energie varieert in directe verhouding tot de absolute temperatuur van een gas. Kinetische energie is gelijk aan het product van de absolute temperatuur, T, en de Boltzman-constante, k B , vermenigvuldigd met 3/2; K = 3Tk B / 2. Daarom wordt, wanneer de temperatuur wordt verhoogd, de kinetische energie verhoogd en hebben geen andere factoren een effect op de kinetische energie.