気体の平均運動エネルギー

気体の平均運動エネルギー

圧力の他に、気体の巨視的な性質を示す量の一つに温度(T)があります。気体分子運動論の項で導出された気体圧力の式を改めて書き直すと次のようになります。

気体の平均運動エネルギーは1です

気体の平均運動エネルギーは2です

気体の平均運動エネルギーは3です

理想気体の法則の項で導出された理想気体の法則の式を、改めて以下に示します。

PV = NkT → 式b

式aと式bを考えてみましょう。左辺は等しく、右辺はほぼ等しくなっています。左辺が等しいので、2つの式を組み合わせることができます。

気体の平均運動エネルギーは4です

左辺と右辺に3/2を掛けると、この方程式は次のようになります。

気体の平均運動エネルギーは5です

気体の平均運動エネルギーは11です

温度は気体分子の平均並進運動エネルギーに正比例する。温度が高いほど平均並進運動エネルギーは大きくなり、逆に温度が低いほど平均並進運動エネルギーは小さくなる。したがって、温度は分子の平均並進運動エネルギーの尺度であると言える。

絶対温度と並進運動エネルギーの関係式2は、別の形で記述することもできます。

気体の平均運動エネルギーは6です

気体の平均運動エネルギーは7です

気体の平均運動エネルギーは8です

気体の平均運動エネルギーは9です

まず、並進運動エネルギーとは、並進運動をしている物体または分子が持つ運動エネルギーのことです。並進運動は、直線、斜め、または放物線運動のいずれかです。これに対応するのが回転運動エネルギーです。回転運動エネルギーとは、回転運動をしている物体または分子が持つ運動エネルギーのことです。

第二に、上記の式における平均並進運動エネルギーは、単原子ガスにのみ適用されます。単原子ガスの例としては、He(ヘリウム)、Ar(アルゴン)などがあります。単原子ガスの他に、二原子ガスもあります。二原子ガスの例としては、O 2(酸素)、N 2(窒素)、CO(一酸化炭素)などがあります。多原子ガスもあります。例えば、CO 2(二酸化炭素)などです。単原子ガスは1つの原子のみで構成され、二原子ガスは2つの原子で構成され、多原子ガスは多数の原子で構成されています。

第三に、絶対温度はケルビン(K)で表す必要があります。温度がまだ摂氏(° C)で表されている場合は、まずケルビン(K)に変換してください。

第四に、上記の式1と式2は気体物質だけでなく、液体と気体の両方にも適用されます。

問題例:

40 ℃の気体中の分子の平均並進運動エネルギーはいくらですか?

討論

気体の平均運動エネルギーは10です

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