ውጤታማ የጋዝ ፍጥነት

በፕላኔቷ ምድር ከባቢ አየር ውስጥ ምንም አይነት ነፃ ሄሊየም ወይም ሃይድሮጂን ጋዝ የለም። ናይትሮጅን (78%)፣ ኦክስጅን (21%)፣ አርጎን (0,90%)፣ ካርቦን ዳይኦክሳይድ፣ ወዘተ ብቻ ነው ያለው። የቬኑስ ከባቢ አየር ሙሉ በሙሉ ከካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO2) የተዋቀረ ነው።₂) የጁፒተር ከባቢ አየር ብዙ ነፃ ሂሊየም እና ሃይድሮጂን አለው። ጨረቃ ከባቢ አየር የላትም። በእያንዳንዱ ፕላኔት ላይ ያሉት የከባቢ አየር ዓይነቶች ለምን ይለያያሉ? በምድር ከባቢ አየር ውስጥ ነፃ ሂሊየም እና ሃይድሮጂን የሌሉት ለምንድን ነው?

የሩት አማካኝ ካሬ ፍጥነት

ሩት አማካኝ ካሬ ፍጥነት = ሩት አማካኝ ካሬ = v_rmsእኩልታውን v ማግኘት እንችላለን።_rms የሙቀት እና የኪነቲክ ኢነርጂ ትርጉም እኩልታዎችን በመቀየር።

መረጃ፡

v _rms = የስር አማካይ ካሬ ፍጥነት ወይም ፍጥነት (m/s)

k = የቦልትዝማን ቋሚ n (k = 1,38 x 10^.23 ጄ/ኬ)

ቲ = ፍፁም የሙቀት መጠን (K = ኬልቪን)

ሜትር = ክብደት (ኪ.ግ)

መረጃ፡

v rms = ሩት አማካይ ካሬ ፍጥነት ወይም ፍጥነት (m/s)

R = ሁለንተናዊ የጋዝ ቋሚ (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

NA = በአንድ ሞለኪውል የሞለኪውሎች ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (NA = 6,02 x 10)²³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል)

ቲ = የሙቀት መጠን (ኬ)

M = ሞለኪውላዊ ክብደት = ሞላር ክብደት (ኪ.ግ./ኪ.ሞል ወይም ግራም/ሞል)

ከላይ የተገኘው የ vrms አማካይ ፍጥነት በአንድ ጋዝ ውስጥ የሞለኪውሎች ፍጥነት ነው። አንዳንድ ሞለኪውሎች ከ vrms የሚበልጥ ፍጥነት ሲኖራቸው፣ ሌሎች ደግሞ ከ vrms ያነሱ ፍጥነቶች አሏቸው። በ1859፣ ጄምስ ክሌርክ ማክስዌል (1831–1879) በቲዎሪ በጋዝ ውስጥ የሞለኪውላር ፍጥነቶች ስርጭትን በንድፈ ሀሳብ አገኘ። የማክስዌል ሞለኪውላር ፍጥነቶች ስርጭት የተገኘው ከኪነቲክ ንድፈ ሐሳብ ነው፣ ስለዚህም ለተስማሚ የጋዝ ሞለኪውሎች የበለጠ ትክክለኛ ነው። የማክስዌል ሞለኪውላር ፍጥነቶች ስርጭት ከታች ባለው ግራፍ ላይ እንደሚታየው ይታያል።

በ1920 በርካታ ሳይንቲስቶች የእውነተኛ ጋዝ ሞለኪውሎችን የፍጥነት ስርጭት ለመመርመር ሙከራዎችን አካሂደዋል። በሙከራዎቹ የተገኙት የእውነተኛ ጋዝ ሞለኪውሎች የፍጥነት ስርጭት ከማክስዌል ግኝቶች ጋር ተመሳሳይ መሆኑን ተገነዘበ።

የጋዝ ጥግግት በበቂ ሁኔታ ከፍተኛ ሲሆን፣ በሙከራ የተገኘው የእውነተኛ ጋዝ ሞለኪውሎች የፍጥነት ስርጭት ከማክስዌል የተገኘውን የቲዎሬቲካል ፍጥነት ስርጭት ጋር አይዛመድም። ስለዚህ፣ የማክስዌል ስርጭት፣ የኒውተንያን ሜካኒክስን በመጠቀም የጋዞች ኪኔቲክ ቲዎሪ ላይ የተመሠረተ፣ የተገደበ ነው። በከፍተኛ ጥግግት የጋዝ ሞለኪውሎች የፍጥነት ስርጭት በኳንተም መርሆዎች ሊገለጽ ይችላል።

በሙከራው የተገኙት የእውነተኛ ጋዝ ሞለኪውሎች ፍጥነት ስርጭት ከዚህ በታች ያለውን ምስል ይመስላል።

ይህ አሃዝ የእውነተኛ ጋዝ ሞለኪውሎች ፍጥነት ለሁለት የተለያዩ የሙቀት መጠኖች ስርጭትን ያሳያል። በዚህ ሙከራ የተገኙ የሞለኪውሎች ፍጥነት ስርጭት ግራፍ ከላይ ካለው የvrms እኩልታ ጋር ይጣጣማል (vrms በቀጥታ ከሙቀት ጋር ተመጣጣኝ ነው)። ምክንያቱም vrms የሙቀት መጠኑ ሲጨምር በቀጥታ ከሙቀት ጋር ተመጣጣኝ ስለሆነ (T)₂)፣ የሞለኪውላር ፍጥነት ስርጭት ኩርባ ወደ ቀኝ ወደፊት ይቀየራል (v rms እየጨመረ ነው)። EA (የማግበር ኃይል) ለኬሚካላዊ ምላሽ የሚያስፈልገው ዝቅተኛው የኪነቲክ ኃይል ነው።

ከላይ ካለው ግራፍ፣ የሙቀት መጠኑ ከፍ ባለ ቁጥር፣ ሞለኪውሎች ከማነቃቂያ ኃይል (EA) የበለጠ የኪነቲክ ኃይል እንዳላቸው ይታያል። ለዚህም ነው የሙቀት መጠኑ ከፍ ባለ መጠን፣ የኬሚካል ምላሽ ፍጥነት። የሙቀት መጠኑ ከፍ ባለ መጠን፣ የሞለኪውሎቹ የኪነቲክ ኃይል ይጨምራል። ሞለኪውሎቹ ከፍተኛ የኪነቲክ ኃይል ስላላቸው፣ ሲጋጩ፣ አብረው ሊጣበቁ ይችላሉ።

ምሳሌ ጥያቄ 1፡

የናይትሮጅን ሞለኪውል (N) የrms v ይወስኑ₂) በ20 የሙቀት መጠን በአየር ውስጥ ^oሲ (የናይትሮጅን ሞለኪውላዊ ክብደት = 28 ግራም/ሞል = 28 ኪ.ግ/ኪ.ሜ)

ውይይት

k = 1,38 x 10^.23 ጄ/ኬ = 1,38 x 10^.23 (ኪ.ግ. ሜ² /s² )/ኬ

ቲ = 20 ^oሲ + 273 = 293 ኪ.ሜ

ሞላር ክብደት ወይም ሞለኪውላር ክብደት N₂ (M) = 2 x 14 u = 2 x 14 ግራም/ሞል = 28 ግራም/ሞል = 28 ኪ.ግ/ኪ.ሞል (የአቶሚክ ክብደት N = 14 u. የንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

የሞለኪውሎች/ሞል ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (NA) = 6,02 x 10²³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል

የናይትሮጅን ክብደት (ሜ) = ?

የናይትሮጅን rms መጠን (v rms) = ?

 

ምሳሌ ጥያቄ 2፡

በ20 ዲግሪ ሴልሺየስ የሙቀት መጠን ውስጥ የሂሊየም (He) መጠን በአየር ውስጥ ይወስኑ ^oሲ…. (የሂሊየም ሞለኪውላዊ ክብደት = 4 ግራም/ሞል = 4 ኪ.ግ/ኪ.ሜ)

ውይይት

k = 1,38 x 10^.23 ጄ/ኬ

ቲ = 20 ^oሲ + 273 = 293 ኪ.ሜ

የሞላር ክብደት/የሄ (M) ሞለኪውላር ክብደት = 4 u = 4 ግራም/ሞል = 4 ኪ.ግ/ኪ.ሞል (የሄ የአቶሚክ ክብደት = 4 u. የንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

የሞለኪውሎች/ሞል ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (NA) = 6,02 x 10²³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል

ቅዳሴ እሱ (ሜ) = ?

የRMS መጠን He (v rms) = ?

ምሳሌ ጥያቄ 3፡

የሃይድሮጂን (H) የrms v መወሰን₂) በ20 የሙቀት መጠን በአየር ውስጥ ^oሲ…. (የሃይድሮጂን ሞለኪውላዊ ክብደት = 2 ግራም/ሞል = 4 ኪ.ግ/ኪሎግራም)

ውይይት

k = 1,38 x 10^.23 ጄ/ኬ

ቲ = 20 ^oሲ + 273 = 293 ኪ.ሜ

የሞላር ክብደት/ኤም የሃይድሮጂን ሞለኪውላዊ ክብደት (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 ግራም/ሞል = 2 ኪ.ግ/ኪ.ሞል (የ H የአቶሚክ ክብደት = 1 u. የንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

የሞለኪውሎች/ሞል ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (NA) = 6,02 x 102³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል

ማሳጅ ኤች₂ (ሜ) =?

የአርኤምኤስ ተመን ኤች₂ (v rms) = ?

ምሳሌ ጥያቄ 4፡

የሞለኪውላር ኦክስጅንን የrms መጠን ይወስኑ (O2)₂) በ20 የሙቀት መጠን በአየር ውስጥ ^oሲ. (የኦ ሞለኪውላዊ ክብደት₂ = 32 ግራም/ሞል = 44 ኪ.ግ/ኪ.ሜ)

ውይይት

k = 1,38 x 10 ^.23 ጄ/ኬ

ቲ = 20 ^oሲ + 273 = 293 ኪ.ሜ

የሞላር ክብደት/የኦክስጅን ሞለኪውላር ክብደት (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 ግራም/ሞል = 32 ኪ.ግ/ኪ.ሞል (የአቶሚክ ክብደት O = 16 u. የንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

የሞለኪውሎች/ሞል ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (NA) = 6,02 x 10²³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል

ቅዳሴ ኦ₂ (ሜ) =?

የአርኤምኤስ ተመን ኤች₂ (v rms) = ?

ምሳሌ ጥያቄ 5፡

የካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO) ሞለኪውሎችን የrms መጠን ይወስኑ።₂) በ20 የሙቀት መጠን በአየር ውስጥ ^oሲ. (የካርቦን ሞለኪውላር ክብደት₂ = 44 ግራም/ሞል = 44 ኪ.ግ/ኪ.ሜ)

ውይይት

k = 1,38 x 10^.23 ጄ/ኬ = 1,38 x 10^.23 (ኪ.ግ. ሜ² /s² )/ኬ

ቲ = 30 ^oሲ + 273 = 293 ኪ.ሜ

የሞላር ክብደት/የካርቦን ሞለኪውላር ክብደት₂ (M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 ግራም/ሞል = 44 ኪ.ግ/ኪሎግራም (የC የአቶሚክ ክብደት = 12 u፣ የO የአቶሚክ ክብደት = 16 u። የንጥረ ነገሮች ወቅታዊ ሰንጠረዥ ይመልከቱ)

የሞለኪውሎች/ሞል ብዛት = የአቮጋድሮ ቁጥር (N)_A) = 6,02 x 10²³ /ሞል = 6,02 x 10²⁶ /ኪሎል

የCO ብዛት₂ (ሜ) =?

የCO rms ተመን₂ (v rms) = ?

የአንዳንድ የጋዝ ዓይነቶች v rms

አሁን የበርካታ የጋዞችን አይነቶች አርምስ ቪ እናወዳድር፡

v rms ሃይድሮጂን (H)₂) = 1917 ሜ/ሰ = 1,92 ኪ.ሜ/ሰ (በ20 የሙቀት መጠን) ^oC)

v rms ሂሊየም (ሄ) = 1355,7 ሜ/ሰ = 1,36 ኪ.ሜ/ሰ (በ20 የሙቀት መጠን) ^oC)

v rms ናይትሮጅን (N)₂) = 510,75 ሜ/ሰ = 0,51 ኪ.ሜ/ሰ (በ20 የሙቀት መጠን) ^oC)

v rms ኦክስጅን (O₂) = 478,4 ሜ/ሰ = 0,48 ኪ.ሜ/ሰ (በ20 የሙቀት መጠን) ^oC)

v rms ካርቦን ዳይኦክሳይድ (CO2)₂) = 407,6 ሜ/ሰ = 0,41 ኪ.ሜ/ሰ (በ20 የሙቀት መጠን) ^oC)

ከፍተኛው የrms ፍጥነት ያለው ጋዝ ሃይድሮጂን ሲሆን ዝቅተኛው ደግሞ ካርቦን ዳይኦክሳይድ ነው። አሁን ይህንን ከምድር ገጽ የማምለጫ ፍጥነት ጋር ያወዳድሩ (የማምለጫ ፍጥነት = 11,2 ኪ.ሜ/ሰ)። የማምለጫ ፍጥነት አንድ ነገር ከምድር የስበት መስክ ለማምለጥ የሚያስፈልገው ዝቅተኛው ፍጥነት ነው።

የጋዝ ሞለኪውሎች vrms የማምለጫ ፍጥነት 1/6 እጥፍ ብቻ ከሆነ (1/6 x 11,2 ኪ.ሜ/ሰ = 1,86 ኪ.ሜ/ሰ)፣ ፍጥነታቸው ከማምለጫ ፍጥነት የሚበልጥ ብዙ የጋዝ ሞለኪውሎች አሉ (ከላይ የተገለጹትን የሞለኪውላር ፍጥነቶች ስርጭት ያስታውሱ)። በ20 የሙቀት መጠን ^oሲ፣ የሃይድሮጂን ጋዝ v rms = 1,92 ኪ.ሜ/ሰ (> 1,86 ኪ.ሜ/ሰ)። በ20 የሙቀት መጠን የሂሊየም ጋዝ v rms ^oሐ = 1,36 ኪ.ሜ/በሰዓት (ወደ 1,86 ኪ.ሜ/ሰ)። ይህ በ20 የሙቀት መጠን ላይ ነው። ^oC.

የሙቀት መጠኑ ከፍ ባለ ቁጥር የrms ዋጋ ከፍ ይላል። የrms ዋጋ ከፍ ባለ ቁጥር የምድርን የስበት መስክ የማምለጥ እድሉ ከፍ ያለ ነው። ይህ ደግሞ ነፃ ሂሊየም እና ሃይድሮጂን ከምድር ከባቢ አየር የማይገኙበት ምክንያት ነው።

የፕላኔቷ የማምለጫ ፍጥነት መጠን እና የጋዝ ሞለኪውሎች የrms ፍጥነት ፕላኔት ወይም ሳተላይት ያላት የከባቢ አየር አይነት ይወስናል። የፕላኔቷ ቬኑስ የማምለጫ ፍጥነት = 10,3 ኪ.ሜ/ሰ. v rms CO2₂ በጣም ትንሽ ስለሆነ ከቬነስ ከባቢ አየር ለማምለጥ ይከብዳል። ይህ በእንዲህ እንዳለ፣ የጁፒተር የማምለጫ ፍጥነት 60 ኪ.ሜ/ሰ ሲሆን ይህም በጁፒተር ትልቅ ዲያሜትር ምክንያት በጣም ከፍተኛ ነው። ስለዚህ፣ ሃይድሮጂን እና ሂሊየም ከጁፒተር የስበት መስክ ማምለጥ አይችሉም።