Teyori sinetik la deklare ke chak sibstans konsiste de atòm oswa molekil epi ke atòm oswa molekil yo deplase kontinyèlman san reflechi. Sipozisyon teyori sinetik sa a koresponn ak sitiyasyon ak kondisyon atòm oswa molekil konstitiyan gaz la. Fòs atraksyon ant atòm oswa molekil ki fòme gaz la fèb pou atòm oswa molekil yo ka deplase lib.
Lè atòm oswa molekil ap deplase, yo gen vitès. Atòm oswa molekil yo gen mas tou. Paske li gen mas (m) ak vitès (v), alò atòm nan oswa molekil la gen enèji sinetik (KE) ak momantòm (p). Enèji sinetik: KE = 1/2 mv 2 . Pandan ke momantòm: p = m v. Anplis enèji sinetik ak momantòm, genyen tou fòs (F). Lè yon moun ap deplase lib, kolizyon dwe rive. Kidonk, fòs ogmante akòz chanjman nan momantòm lè yon kolizyon rive. Enèji sinetik, momantòm, ak fòs enpilsyon yo se nwayo diskisyon nou sou dinamik yo (lwa mouvman, enpilsyon, ak momantòm). Nou ka di ke teyori sinetik gaz yo aplike dinamik nan nivo atomik oswa molekilè.
Konsèp Gaz Ideyal (ki baze sou pwopriyete makroskopik gaz la)
Nan diskisyon sou lwa gaz yo, yo te eksplike twa kantite ki endike nati makroskopik yon gaz reyèl. Twa kantite sa yo se Tanperati (T), Volim (V) ak presyon (P). Relasyon ki genyen ant twa kantite makroskopik sa yo endike nan Lwa Boyle a, lwa Charles la, ak lwa Gay Lussac la. Tanpri sonje ke twa lwa sa yo aplike sèlman pou gaz reyèl ki gen yon presyon ak yon dansite (dansite = mas/volim) ki pa twò gwo. Twa lwa sa yo aplike tou sèlman pou yon gaz reyèl ki gen yon tanperati ki pa toupre pwen ebulisyon an.
Lwa Boyle a, lwa Charles la, ak lwa Gay-Lussac la pa aplike nan tout kondisyon gaz reyèl pou nou ka fè yon modèl gaz ideyal. Gaz ideyal pa egziste nan lavi chak jou; gaz ideyal la se jis fòm pafè ki fèt pou ede analiz nou an, menm jan ak kò rijid ak likid ideyal yo. Kidonk, nou konsidere lwa Boyle a, lwa Charles la ak lwa Gay-Lussac la aplike nan tout kondisyon gaz ideyal yo. Egzistans yon modèl gaz ideyal ede nou revize relasyon ki genyen ant kantite makroskopik gaz yo.
Lwa gaz ideyal la eksprime nan de ekwasyon, PV = nRT (lwa gaz ideyal la an kantite mòl) ak PV = NkT (lwa gaz ideyal la an kantite molekil). Nou sipoze ke gaz ideyal la satisfè de ekwasyon sa yo. Nan lòt mo, lwa gaz ideyal la aplike nan tout kondisyon gaz ideyal, kit presyon oswa mas gaz ideyal la gwo anpil oswa lè tanperati gaz ideyal la apwoche pwen ebulisyon an. Okontrè, lwa gaz ideyal la pa aplike nan tout kondisyon gaz reyèl yo. Lwa gaz ideyal la aplike sèlman lè presyon ak dansite gaz reyèl la pa twò gwo. Lwa gaz ideyal la aplike tou sèlman lè tanperati gaz reyèl la pa toupre pwen ebulisyon an. Baze sou deskripsyon kout sa a, nou ka di ke gaz reyèl la gen pwopriyete menm jan ak gaz ideyal la sèlman lè dansite reyèl la,
epi presyon gaz la pa twò gwo epi lè tanperati reyèl gaz la pa toupre pwen ebulisyon an.
Konsèp gaz ideyal la ki dekri pi wo a revize dapre pwopriyete makroskopik yo. Malgre ke yon gaz ideyal se sèlman yon modèl ideyal, yon gaz ideyal toujou konsidere kòm yon gaz ki gen atòm oswa molekil ki deplase lib. Se poutèt sa, li ta bon si nou ta diskite tou sou konsèp gaz ideyal la nan yon pèspektiv mikwoskopik.
Konsèp Gaz Ideyal (ki baze sou pwopriyete mikwoskopik gaz la)
Men kèk deskripsyon tou kout ki dekri kondisyon mikwoskopik gaz ideyal la, ki baze sou Teyori Sinetik Gaz la:
1. Yon gaz ideyal konsiste de patikil, yo rele molekil. Molekil gaz ideyal yo ka gen ladan yo yon atòm oswa plizyè atòm. Chak molekil gen mas (m) epi li deplase owaza nan nenpòt direksyon nan yon vitès espesifik (v).
2. Distans ki genyen ant chak molekil pi wo pase dyamèt chak molekil.
3. Molekil sa yo obeyi lwa mouvman yo epi yo kominike youn ak lòt lè kolizyon rive.
4. Kolizyon ant molekil ak molekil oubyen ant molekil ak yon miray veso se kolizyon pafè a, epi chak kolizyon rive nan yon tan presi.
Nan kolizyon pafè a, lalwa konsèvasyon enèji a aplike (enèji anvan kolizyon = enèji apre kolizyon) ak lalwa konsèvasyon momantòm nan (momantòm anvan kolizyon = momantòm apre kolizyon).
Revizyon sou kolizyon enpilsyon pou teyori sinetik gaz yo
Revize relasyon kantitatif ki genyen ant kantite makroskopik yo ak kantite mikwoskopik gaz la. Kantite ki endike nati makroskopik gaz la se tanperati (T), volim (V) ak presyon (P). Pandan ke kantite ki endike nati mikwoskopik gaz la se vitès oswa vitès (v), momantòm (p), fòs (F) ak enèji sinetik (EK) atòm oswa molekil ki fòme gaz la.
Nou revize kèk molekil gaz nan yon veso fèmen. Longè kote bwat la = l epi sifas seksyonèl la = A.
Molekil yo gen mas (m) epi, lè molekil la ap deplase, li gen vitès (v). Paske veso a fèmen, gen posibilite pou gen kolizyon ant molekil yo ak miray veso a ki gen yon sifas A.
Pou senplifye analiz la, nou sèlman konsidere kolizyon ki fèt sou miray gòch la (miray ki paralèl ak aks z la). Premyèman, nou pral diskite sou kolizyon yon molekil sibi. Rele li molekil 1. Mas molekilè a = m1 epi vitès mouvman an = v1. Direksyon mouvman agoch la fikse pou negatif, alòske direksyon mouvman adwat la fikse pou pozitif.
Nou ka sipoze ke anvan miray resipyan an fè kolizyon, mouvman molekilè a paralèl ak aks x la epi direksyon mouvman an ale agoch. Se poutèt sa, gen yon eleman vitès sou aks x la ki negatif (-v1x). Paske li gen mas (m1) ak vitès (-v1x), molekil la gen momantòm (p1 = -m1 v1x). Sa a se momantòm inisyal la. Lè molekil la fè kolizyon ak yon miray, li bay yon fòs aksyon sou miray la. Paske gen yon fòs aksyon, miray la bay yon fòs reyaksyon. Fòs reyaksyon ki soti nan miray la lakòz molekil la reflete sou bò dwat la. Akòz direksyon mouvman an sou bò dwat la, konpozan vitès molekilè a pozitif (v1x). Momantòm molekilè a apre kolizyon an se p2 = m1 v1xSa a se dènye moman an.
Magnitud chanjman nan momantòm akòz kolizyon yo se:
Momantòm total = momantòm final—momantòm inisyal
p total = p2 – p1
p total = m1 v1x – ( -m1 v1x )
p total = 2m 1 v 1x
2m 1 v 1x = momantòm total pou yon kolizyon. Paske kolizyon molekilè yo se kolizyon pafè a, kolizyon yo pa rive yon sèl fwa, men plizyè fwa. Nan kolizyon pafè a, lalwa konsèvasyon enèji a ak lalwa konsèvasyon momantòm nan aplike. Enèji ak momantòm anvan kolizyon an = enèji ak momantòm apre kolizyon an. Se poutèt sa, molekil la pap janm sispann deplase (enèji san fen). Vitès molekilè a pa janm diminye tou (kontinye momantòm).
Apre li fin frape miray goch la, molekil la deplase adwat jiskaske li frape miray goch la. Apre li fin frape miray goch la, molekil la retounen agoch epi li frape miray goch la ankò. Piske longè kote bwat la = l, apre li fin frape miray goch la pou premye fwa, molekil la ap vwayaje yon distans 2l anvan li frape miray goch la yon dezyèm fwa. Lè molekil yo deplase jiska 2l, yo dwe bezwen yon sèten entèval tan ( Δt ). Kantite entèval tan ( Δt ) molekil la bezwen pou l deplase jiska 2l, se matematik:
Δt se entèval tan ki genyen ant chak kolizyon. Lè yon molekil fè kolizyon ak yon miray, li bay yon fòs aksyon sou miray la. Akòz fòs aksyon an, miray la bay yon fòs reyaksyon. Egzistans fòs reyaksyon sa a fè molekil la deplase ankò adwat. Nan ka sa a, direksyon mouvman molekil la chanje. Okòmansman, molekil la deplase agoch (-v1x), apre li fin fè kolizyon ak miray la, molekil la deplase adwat (v1x ) . Chanjman nan direksyon mouvman an lakòz chanjman nan momantòm (momantòm final – momantòm inisyal = m1v1x – (-m1v1x ) = 2m1v1x ) . Nou ka di ke chanjman nan momantòm nan rive paske fòs total la bay pa miray la. Kantite fòs total ki bay pa miray la, matematikman:
Nan kare ki anwo a, se yon sèl molekil ki dekri. Sa pa vle di ke gen yon sèl molekil gaz nan bwat la. An reyalite, gen anpil molekil gaz. Kantite fòs total pou tout molekil gaz ki nan bwat la, matematikman:
F = F1 + F2 + F3 + … + Fn
F 1 = fòs total pou molekil 1
F2 = fòs total pou molekil 2
F3 = fòs total pou molekil 3
... = ak sou sa
F n = fòs total pou molekil 4
n = dènye molekil la.
m1 = mas molekilè 1, m2 = mas molekilè 2, m3 = mas molekilè 3, mn = mas dènye molekil la. m1 +m2 +m3 + ….. + mn = m (mas gaz ki nan bwat la). l = longè kote bwat la.
v 12x = vitès molekilè 1, v 22 x = vitès molekilè 2, v 33 x = vitès molekilè 3, v n2 x = vitès dènye molekil la. Vitès chak molekil varye, kidonk nou bezwen kalkile vitès mwayèn tout molekil yo. Pou kalkile vitès mwayèn yon molekil, nou ka divize vitès tout molekil yo pa kantite molekil yo. Nan teyori sinetik gaz la, yo anjeneral bay kantite molekil yo senbòl N. Matematikman, yo ekri vitès mwayèn tout molekil yo:
Nou konbine ekwasyon b a avèk ekwasyon a a:
F = fòs, m = mas gaz yo, l = longè kote bwat la, N = kantite molekil.
Nan eksplikasyon anvan an, nou te sipoze mouvman molekil yo paralèl ak aks x la. Presipozisyon sa a fèt pou fasilite analiz nou an. An reyalite, tout molekil gaz nan yon bwat pa deplase nan okenn direksyon o aza. Paske mouvman an fèt o aza, anplis li gen yon eleman vitès mwayèn sou aks x la, molekil la genyen tou yon eleman vitès mwayèn sou aks y la oswa aks z la. Kidonk, vitès mwayèn yon molekil gaz = kantite total eleman vitès mwayèn nan sou aks x, aks y, ak aks z la. Matematikman:
Paske molekil yo deplase o aza, konpozan vitès yo sou aks x, aks y, ak aks z gen menm mayitid la. Matematikman:
Nou konbine ekwasyon 2 a ak ekwasyon 1 an :
Nou konbine ekwasyon 3 a avèk ekwasyon n c a :
F = kantite fòs molekil gaz yo egzèse sou miray veso a, ki gen yon sifas A.
Relasyon ki genyen ant presyon (P) ak mayitid mikwoskopik
Presyon (P) se yon kantite ki endike nati makroskopik yon gaz. Revize presyon ki baze sou pwopriyete mikwoskopik gaz la. Kantite presyon molekil gaz la bay sou miray la ki gen yon sifas seksyonèl A se:
P = presyon, N = kantite molekil gaz, m = mas, v = vitès mwayèn yon molekil, V = volim veso a
