기체의 평균 운동 에너지
압력 외에도 기체의 거시적 성질을 나타내는 물리량 중 하나는 온도(T)입니다. 기체 운동론 에서 유도된 기체 압력 방정식은 다음과 같습니다.
이상 기체 법칙 단원에서 유도된 이상 기체 법칙 방정식은 다음과 같습니다.
PV = NkT → 방정식 b
방정식 a와 방정식 b를 생각해 봅시다. 좌변은 같고, 우변은 거의 같습니다. 좌변이 같으므로 두 방정식을 결합할 수 있습니다.
좌변과 우변에 3/2을 곱하면 이 방정식은 다음과 같이 바뀝니다.
온도는 기체 분자의 평균 병진 운동 에너지에 정비례합니다. 온도가 높을수록 평균 병진 운동 에너지가 커지고, 반대로 온도가 낮을수록 평균 병진 운동 에너지가 작아집니다. 따라서 온도는 분자의 평균 병진 운동 에너지를 나타내는 척도라고 결론지을 수 있습니다.
절대 온도와 병진 운동 에너지의 관계를 나타내는 방정식은 다음과 같은 다른 형태로도 쓸 수 있습니다.
먼저, 병진 운동 에너지는 병진 운동을 하는 물체나 분자가 가진 운동 에너지입니다. 병진 운동은 직선 운동, 사선 운동, 또는 포물선 운동일 수 있습니다. 병진 운동 에너지의 반대 개념은 회전 운동 에너지입니다. 회전 운동 에너지는 회전 운동을 하는 물체나 분자가 가진 운동 에너지입니다.
둘째, 위 식의 평균 병진 운동 에너지는 단원자 기체에만 적용됩니다. 단원자 기체의 예로는 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등이 있습니다. 단원자 기체 외에도 이원자 기체가 있습니다. 이원자 기체의 예로는 산소(O₂ ) , 질소(N₂ ) , 일산화탄소(CO) 등이 있습니다. 또한 다원자 기체도 있습니다. 예를 들어 이산화탄소(CO₂ ) 등이 있습니다. 단원자 기체는 원자 하나로, 이원자 기체는 원자 두 개로, 다원자 기체는 여러 개의 원자로 구성됩니다.
셋째 , 절대 온도는 켈빈(K) 단위로 표시해야 합니다. 온도가 섭씨( ° C)로 표시되어 있다면 먼저 켈빈(K) 단위로 변환해야 합니다.
넷째, 위의 방정식 1과 방정식 2는 기체 물질뿐만 아니라 액체와 기체가 혼합된 물질에도 적용됩니다.
문제 예시:
40 ° C 에서 기체 분자들의 평균 병진 운동 에너지는 얼마입니까?
논의
