Dujų kinetinė molekulinė teorija

kinetinė dujų teorija yra mokslinis modelis, paaiškinantis fizinį dujų elgesį kaip molekulinių dalelių, kurios sudaro dujas, judėjimas. Šiame modelyje submikroskopinės dalelės (atomai ar molekulės), sudarančios dujas, nuolat juda atsitiktinis judesys, nuolat susiduriantis ne tik tarpusavyje, bet ir su bet kokio konteinerio, kuriame yra dujos, šonais viduje. Būtent dėl ​​šio judesio atsiranda fizinės dujų savybės, tokios kaip šiluma ir slėgis.

Kinetinė dujų teorija taip pat vadinama tiesiog kinetinė teorija, arba kinetinis modelis, arba kinetinis-molekulinis modelis. Tai taip pat gali būti pritaikyta ne tik dujoms, bet ir skysčiams. (Pavyzdys Brauno judesys, aptariama toliau, skysčiams taiko kinetikos teoriją.)

Graikų filosofas Lukrecijus buvo ankstyvosios atomizmo formos šalininkas, nors iš esmės tai buvo jau keletą šimtmečių buvo atsisakyta fizinio dujų modelio, paremto ne atominiu darbu apie Aristotelis. Neturint medžiagos, kaip mažų dalelių, teorijos, kinetinė teorija nebuvo išplėtota šioje Aristotelio struktūroje.

Daniel Bernoulli kūrinys kinetikos teoriją pristatė Europos auditorijai, 1738 m Hidrodinamika. Tuo metu net nebuvo nustatyti tokie principai kaip energijos taupymas, todėl daugelis jo požiūrių nebuvo plačiai taikomi. Per ateinantį šimtmetį kinetinė teorija tapo plačiau pritaikyta mokslininkų tarpe kaip dalis augančios tendencijos, kuria mokslininkai perėmė šiuolaikinį materijos požiūrį į atomus.

Vienas iš lynchpinų, eksperimentiškai patvirtinančių kinetinę teoriją, ir atomizmas yra bendras, buvo susijęs su Browno judesiu. Tai mažos dalelės, suspenduotos skystyje, judesys, kuris mikroskopu atrodo atsitiktinai trūkčiojantis. Pripažintame 1905 m. Albertas Einšteinas paaiškino Browniano judesį atsitiktinių susidūrimų su skysčiu sudarančiomis dalelėmis požiūriu. Šis dokumentas buvo Einšteino rezultatas daktaro disertacija darbas, kuriame jis sukūrė difuzijos formulę, taikydamas statistinius metodus problemai. Panašų rezultatą savarankiškai atliko lenkų fizikas Marianas Smoluchowskis, kuris savo darbą paskelbė 1906 m. Kartu šie kinetinės teorijos pritaikymai nuėjo ilgą kelią palaikant mintį, kad skysčiai ir dujos (ir, tikėtina, taip pat kietos medžiagos) yra sudaryti iš mažyčių dalelių.

Kinetinė teorija apima daugybę prielaidų, kuriose pagrindinis dėmesys skiriamas galimybei kalbėti apie idealios dujos.

• Molekulės traktuojamos kaip taškinės dalelės. Konkrečiai, tai reiškia, kad jų dydis yra ypač mažas, palyginti su vidutiniu atstumu tarp dalelių.
• Molekulių skaičius (N) yra labai didelis tiek, kad neįmanoma atsekti atskirų dalelių elgesio. Vietoj to, statistiniai metodai taikomi visos sistemos elgsenai analizuoti.
• Kiekviena molekulė traktuojama kaip identiška bet kuriai kitai molekulei. Jie gali būti keičiami pagal įvairias savybes. Tai vėlgi padeda palaikyti mintį, kad nereikia stebėti atskirų dalelių ir kad statistikos teorijos metodų pakanka išvadoms ir prognozėms padaryti.
• Molekulės juda nuolat, atsitiktinai. Jie paklūsta Niutono judėjimo dėsniai.
• Puikiai vyksta susidūrimai tarp dalelių ir tarp dalelių ir dujų talpyklos sienelių elastiniai susidūrimai.
• Dujų talpyklų sienos yra laikomos nepriekaištingai, nejuda ir yra be galo masyvios (palyginti su dalelėmis).

Šių prielaidų rezultatas yra tai, kad talpykloje yra dujų, kurios atsitiktinai juda tara. Kai dujų dalelės susiduria su konteinerio šone, jos atsimuša nuo talpyklos šono a idealiai elastingas susidūrimas, o tai reiškia, kad jei jie smogia 30 laipsnių kampu, jie atsitrauks 30 laipsnių kampu kampas. Jų greičio komponentas, statmenas konteinerio šone, keičia kryptį, tačiau išlaiko tą patį dydį.

Kinetinė dujų teorija yra reikšminga tuo, kad aukščiau esančių prielaidų pagrindu galime išvesti idealiųjų dujų dėsnį arba idealiųjų dujų lygtį, kuri susieja slėgį (p), tūris (V) ir temperatūra (T), atsižvelgiant į Boltzmanno konstantą (k) ir molekulių skaičius (N). Gauta idealioji dujų lygtis:

pV = NkT