Kinetikong teorya sa mga gas

Kinetikong teorya sa mga gas nag-ingon nga ang matag substansiya gilangkoban sa mga atomo o molekula, ug kini nga mga atomo o molekula anaa sa padayon, random nga paglihok. Kini nga kinetic theory mohaom sa sitwasyon ug kondisyon sa mga atomo o molekula nga naglangkob sa usa ka gas. Ang mga pwersa sa pagdani tali sa mga atomo o molekula nga naglangkob sa usa ka gas huyang kaayo, mao nga ang mga atomo o molekula gawasnon nga makalihok.

Kon molihok, ang mga atomo o molekula adunay katulin. Ang mga atomo o molekula adunay usab masa. Tungod kay sila adunay masa (m) ug katulin (v), ang mga atomo o molekula adunay kinetic energy (EK) ug momentum (p). Enerhiya sa kinetiko : EK = 1⁄2 mv² Samtang kakusog : p = m v. Gawas sa kinetic energy ug momentum, naa pud puwersa (F). Kung gawasnon nga molihok, dili kalikayan nga mahitabo ang mga bangga. Busa ang puwersa motumaw tungod sa pagbag-o sa momentum kung mahitabo ang bangga. Hinumdumi ang diskusyon bahin sa impulse ug momentum. Ang kinetic energy, momentum, ug impulse force mao ang kinauyokan sa atong diskusyon sa dynamics material (mga balaod ni Newton, impulse ug momentum). Makasulti kita nga ang kinetic theory sa mga gas aktuwal nga naggamit sa syensya sa dynamics sa atomic o molekular nga lebel sa mga gas substance.

Konsepto sa Ideal nga Gas (base sa makroskopikong mga kabtangan sa mga gas)

Sa diskusyon sa mga balaod sa gas, tulo ka kantidad ang gipasabot nga naghulagway sa makroskopikong mga kabtangan sa tinuod nga mga gas. Kining tulo ka kantidad mao ang Temperatura (T), Volume (V), ug Pressure (P). Ang relasyon tali niining tulo ka makroskopikong kantidad gipahayag sa Balaod ni Boyle, Balaod ni Charles, ug Balaod ni Gay-Lussac. Kinahanglan nga matikdan nga kining tulo ka balaod magamit lamang sa tinuod nga mga gas nga adunay medyo ubos nga presyur ug densidad (densidad = masa / gidaghanon). Kining tulo ka balaod magamit lamang usab sa tinuod nga mga gas kansang temperatura dili makaabot sa ilang boiling point.

Ang balaod ni Boyle, balaod ni Charles, ug balaod ni Gay-Lussac dili magamit sa tanang tinuod nga kondisyon sa gas, busa makahimo kita og usa ka ideal nga modelo sa gas. Ang mga ideal nga gas wala maglungtad sa adlaw-adlaw nga kinabuhi; kini mga hingpit nga porma nga tinuyo nga gihimo aron matabangan ang atong pag-analisar, susama sa mga gahi nga lawas ug ideal nga mga pluwido. Busa, atong gihunahuna nga ang balaod ni Boyle, balaod ni Charles, ug balaod ni Gay-Lussac magamit sa tanang ideal nga kondisyon sa gas. Ang paglungtad sa usa ka ideal nga modelo sa gas makatabang kanato sa pagsusi sa relasyon tali sa mga kantidad sa macroscopic gas.

Ang balaod sa sulundon nga gas gipahayag sa duha ka equation, nga mao ang PV = nRT (ang balaod sa sulundon nga gas sa mga mole) ug PV = NkT (ang balaod sa sulundon nga gas sa mga molekula). Atong gihunahuna nga ang usa ka sulundon nga gas makatagbaw niining duha ka equation. Sa ato pa, ang balaod sa sulundon nga gas magamit sa tanan nga kondisyon sa sulundon nga gas, kung ang presyur o densidad sa sulundon nga gas dako kaayo ug kung ang temperatura sa sulundon nga gas duol sa boiling point. Sa laing bahin, ang balaod sa sulundon nga gas dili magamit sa tanan nga kondisyon sa tinuod nga gas. Ang balaod sa sulundon nga gas magamit lamang kung ang presyur ug densidad sa tinuod nga gas dili kaayo dako. Ang balaod sa sulundon nga gas magamit lamang kung ang temperatura sa tinuod nga gas dili duol sa boiling point. Base niining mubo nga paghulagway, atong masulti nga ang tinuod nga mga gas adunay parehas nga mga kabtangan sa mga sulundon nga gas kung ang densidad ug presyur sa tinuod nga gas dili kaayo dako ug kung ang temperatura sa tinuod nga gas dili duol sa boiling point.

Ang konsepto sa sulundon nga gas nga gipasabot sa ibabaw gisusi gikan sa makroskopikong perspektibo. Bisan tuod ang usa ka sulundon nga gas usa lamang ka sulundon nga modelo, kini giisip gihapon nga usa ka gas nga gilangkoban sa gawasnon nga naglihok nga mga atomo o molekula. Busa, mapuslanon usab nga hisgutan ang konsepto sa sulundon nga gas gikan sa mikroskopikong perspektibo.

Konsepto sa Ideal nga Gas (base sa mikroskopikong mga kabtangan sa mga gas)

Ang mosunod usa ka mubo nga paghulagway nga naghulagway sa mikroskopikong mga kondisyon sa usa ka sulundon nga gas, nga gibase sa Kinetic Theory of Gases:

1. Ang usa ka ideal nga gas gilangkoban sa mga partikulo, nga gitawag og mga molekula. Daghan kaayo ang gidaghanon sa mga molekula. Ang mga molekula sa ideal nga gas mahimong gilangkoban sa usa ka atomo o daghang mga atomo. Ang matag molekula adunay masa (m) ug naglihok nga random sa tanang direksyon sa usa ka piho nga katulin (v).

2. Ang distansya tali sa matag molekula mas dako kay sa diametro sa matag molekula.

3. Kini nga mga molekula nagsunod sa mga balaod sa paglihok ug nakig-uban sa usag usa kung adunay mga bangga.

4. Ang mga bangga tali sa mga molekula o tali sa mga molekula ug sa mga bungbong sa sudlanan mga hingpit nga elastikong bangga ug ang matag bangga mahitabo sa mubo kaayo nga panahon.

Sa usa ka hingpit nga elastikong bangga, ang balaod sa konserbasyon sa enerhiya magamit (enerhiya sa wala pa ang bangga = enerhiya pagkahuman sa bangga) ug ang balaod sa konserbasyon sa momentum (momentum sa wala pa ang bangga = momentum pagkahuman sa bangga).

Pagrepaso sa Impulse-Collision para sa Kinetic Theory sa mga Gas

Ribyuha ang kwantitatibong relasyon tali sa makroskopiko ug mikroskopikong gidaghanon sa gas. Ang mga gidaghanon nga naghulagway sa makroskopikong mga kabtangan sa gas mao ang temperatura (T), gidaghanon (V), ug presyur (P). Samtang, ang mga gidaghanon nga naghulagway sa mikroskopikong mga kabtangan sa gas mao ang katulin o velocity (v), momentum (p), puwersa (F), ug kinetic energy (EK) sa mga atomo o molekula nga naglangkob sa gas.

Aron matabangan nga makuha kini nga relasyon, atong tagdon ang pipila ka mga molekula sa gas sa usa ka sirado nga sudlanan. Ang gitas-on sa kilid sa kahon kay l ug ang cross-sectional area niini kay A.

Ang mga molekula adunay masa (m) ug kung kini molihok adunay katulin (v). Tungod kay sirado ang sudlanan, adunay posibilidad nga magbangga ang mga molekula ug ang mga dingding sa sudlanan nga adunay gilapdon sa nawong nga A.

Aron mapasayon ​​ang pag-analisar, atong tagdon lang ang mga bangga nga mahitabo sa wala nga bungbong (ang bungbong nga parallel sa z-axis). Una, atong tagdon ang mga bangga nga nasinati sa usa ka molekula. Tawgon nato kini nga molekula 1. Ang masa sa molekula 1 = m₁ ug ang gikusgon sa paglihok = v₁Ang direksyon sa paglihok paingon sa wala gibutang sa negatibo nga kantidad, samtang ang direksyon sa paglihok paingon sa tuo gibutang sa positibo nga kantidad.

Mahimo natong hunahunaon nga sa dili pa moigo sa bungbong sa sudlanan, ang paglihok sa molekula parallel sa x-axis ug ang direksyon sa paglihok niini naa sa wala. Busa, adunay velocity component sa x-axis nga adunay negatibo nga bili (-v_1x ). Tungod kay kini adunay masa (m₁) ug katulin (-v_1x), nan ang molekula adunay momentum (p₁ = -m₁ v_1x). Kini ang inisyal nga momentum. Kung ang molekula moigo sa bungbong, kini mopagawas ug puwersa sa aksyon sa bungbong. Tungod kay adunay puwersa sa aksyon, ang bungbong mopagawas ug puwersa sa reaksyon. Ang puwersa sa reaksyon gikan sa bungbong hinungdan nga ang molekula mo-bounce sa tuo. Tungod kay ang direksyon sa paglihok naa sa tuo, ang velocity component sa molekula positibo (v_1xAng momentum sa molekula human sa bangga mao ang: p₂ = m₁ v_1xKini ang kataposang momentum.

Ang gidak-on sa pagbag-o sa momentum tungod sa bangga mao ang:

Kinatibuk-ang momentum = katapusang momentum – inisyal nga momentum

p kinatibuk-an = p₂ – p₁

p total = m₁ v_1x - (-m₁ v_1x )

p total = 2m₁ v_1x

2m₁ v_1x = kinatibuk-ang momentum para sa usa ka bangga. Tungod kay ang mga bangga sa molekula hingpit nga elastiko, kini mahitabo dili lang kausa apan balik-balik. Sa mga bangga sa hingpit nga elastiko, ang mga balaod sa konserbasyon sa enerhiya ug ang balaod sa konserbasyon sa momentum magamit. Ang enerhiya ug momentum sa wala pa ang bangga = ang enerhiya ug momentum pagkahuman sa bangga. Busa, ang mga molekula dili mohunong sa paglihok (ang enerhiya nakonserba). Ang katulin sa mga molekula dili usab mokunhod (ang momentum nakonserba).

Human sa pagbangga sa wala nga bungbong, ang molekula molihok paingon sa tuo hangtod nga kini mobangga sa tuo nga bungbong. Human sa pagbangga sa tuo nga bungbong, ang molekula mobalik sa wala aron mobangga pag-usab sa wala nga bungbong. Tungod kay ang gitas-on sa kilid sa kahon = l, unya human sa pagbangga sa wala nga bungbong sa unang higayon, ang molekula mobiyahe og gilay-on nga 2l sa dili pa mobangga sa wala nga bungbong sa ikaduhang higayon (2l = round trip distance). Kung molihok og gilay-on nga 2l, ang molekula siguradong magkinahanglan og usa ka piho nga interval sa oras (tawgon nato kini nga delta t). Ang gidaghanon sa interval sa oras (delta t) nga gikinahanglan aron ang molekula molihok og gilay-on nga 2l, gisulat sa matematika sama niini:

Ang Delta t mao ang interval sa oras tali sa matag bangga. Kung ang molekula mobangga sa bungbong, kini mopagawas ug puwersa sa aksyon sa bungbong. Tungod kay kini makasinati ug puwersa sa aksyon, ang bungbong mopagawas ug puwersa sa reaksyon. Kini nga puwersa sa reaksyon hinungdan nga ang molekula molihok pag-usab sa tuo. Niini nga kaso, ang direksyon sa paglihok sa molekula mausab. Sa sinugdanan, ang molekula molihok sa wala (-v_1x), human maigo ang bungbong, ang molekula molihok paadto sa tuo (v_1x). Ang mga pagbag-o sa direksyon sa paglihok hinungdan sa mga pagbag-o sa momentum (katapusang momentum – inisyal nga momentum = m1 v1x – (‐m1 v1x ) = 2m1 v1x ). Maingon nato nga ang pagbag-o sa momentum mahitabo tungod sa kinatibuk-ang puwersa nga gihimo sa bungbong. Ang gidak-on sa kinatibuk-ang puwersa nga gihimo sa bungbong, sa matematika:

Ang kahon sa ibabaw nagpakita lang og usa ka molekula. Dili kini nagpasabot nga usa ra ka molekula sa gas ang naa sa kahon. Sa tinuod lang, daghan ang mga molekula sa gas. Ang gidak-on sa kinatibuk-ang puwersa sa tanang molekula sa gas sa kahon kay sa matematika:

F = F1 + F2 + F3 +….. + Fn

F1 = kinatibuk-ang puwersa para sa molekula 1

F2 = kinatibuk-ang puwersa para sa molekula 2

F3 = kinatibuk-ang puwersa para sa molekula 3

…… = ug uban pa

Fn = kinatibuk-ang puwersa para sa molekula 4

Daghan kaayo ang gidaghanon sa mga molekula, busa isulat lang nato ang simbolo nga n. n = ang katapusang molekula.

m1 = masa sa molekula 1, m2 = masa sa molekula 2, m3 = masa sa molekula 3, mn = masa sa katapusang molekula. m1 + m2 + m3 + ….. + mn = m (masa sa gas sa kahon). l = gitas-on sa kilid sa kahon. Ang tanang molekula kinahanglan nga mobiyahe sa samang l.

v_12x = katulin sa molekula 1, v_{22 x} = katulin sa molekula 2, v_{33 x} = katulin sa molekula 3, v_n2x = ang katapusang molecular velocity. Lahi ang velocity sa matag molekula, busa kinahanglan natong kuwentahon ang average velocity sa tanang molekula. Aron makalkulo ang average velocity sa mga molekula, mahimo natong bahinon ang velocity sa tanang molekula sa gidaghanon sa mga molekula. Sa kinetic theory sa mga gas, ang gidaghanon sa mga molekula kasagaran gihatag ang simbolo nga N. Sa matematika, ang average velocity sa tanang molekula gisulat sama sa mosunod:

Sa miaging pagpasabot, gituohan nga ang mga molekula naglihok nga parallel sa x-axis. Kini nga pangagpas gihimo aron lang pasimplehon ang pag-analisar. Sa tinuod lang, ang tanang molekula sa gas sa kahon dili molihok sa tanang direksyon nga random. Tungod kay ang ilang paglihok mahitabo nga random, dugang sa pagbaton og average velocity component sa x-axis, ang mga molekula adunay usab average velocity component sa y-axis o z-axis. Busa, ang average velocity sa mga molekula sa gas = ang kinatibuk-ang suma sa average velocity components sa x-axis, y-axis, ug z-axis. Sa matematika, kini gisulat sama niini:

Tungod kay ang mga molekula naglihok nga random, ang mga sangkap sa velocity sa x-axis, y-axis, ug z-axis adunay parehas nga magnitude. Sa matematika, kini gisulat sama sa mosunod:

F = ang gidak-on sa puwersa nga gihimo sa mga molekula sa gas sa mga bungbong sa usa ka sudlanan nga adunay gilapdon sa nawong nga A.

Relasyon tali sa Presyon (P) ug sa Mikroskopikong mga Kantidad

Ang presyur (P) usa ka kantidad nga nagpakita sa makroskopikong mga kabtangan sa gas. Hunahunaa ang presyur base sa mikroskopikong mga kabtangan sa gas. Ang gidak-on sa presyur nga gihimo sa mga molekula sa gas sa usa ka bungbong nga adunay cross-sectional area nga A mao ang:

Impormasyon:

P = Presyon

N = Gidaghanon sa mga molekula sa gas

m = masa

v = Kasagaran nga katulin sa mga molekula

V = gidaghanon sa sudlanan