ໃນຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງດາວເຄາະໂລກບໍ່ມີອາຍແກັສຮີລຽມ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນອິດສະຫຼະ. ມີພຽງໄນໂຕຣເຈນ (78%), ອົກຊີເຈນ (21%), ອາກອນ (0,90%), ຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌, ແລະອື່ນໆ. ຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງດາວສຸກເກືອບທັງໝົດແມ່ນຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌ (CO2 ) . ຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງດາວພະຫັດມີຮີລຽມ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນອິດສະຫຼະຫຼາຍ. ດວງຈັນບໍ່ມີຊັ້ນບັນຍາກາດ. ເປັນຫຍັງປະເພດຂອງຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງແຕ່ລະດາວເຄາະຈຶ່ງແຕກຕ່າງກັນ? ເປັນຫຍັງບໍ່ມີຮີລຽມ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນອິດສະຫຼະໃນຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງໂລກ?
ຄວາມໄວສະເລ່ຍຂອງຮາກກຳລັງສອງ
ຄວາມໄວສະເລ່ຍຮາກກຳລັງສອງ = ຄວາມໄວສະເລ່ຍຮາກກຳລັງສອງ = v rms . ພວກເຮົາສາມາດໄດ້ສົມຜົນ v rms ໂດຍການປ່ຽນສົມຜົນອຸນຫະພູມ ແລະ ພະລັງງານຈົນໄປເປັນສົມຜົນການແປ.
ຂໍ້ມູນ:
v rms = ຄວາມໄວ ຫຼື ຄວາມໄວສະເລ່ຍຮາກຂັ້ນສອງ (ມ/ວິນາທີ)
k = ຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Boltzman n (k = 1,38 x 10‐23 J /K)
T = ອຸນຫະພູມຢ່າງແທ້ຈິງ (K = ເຄລວິນ)
m = ມະຫາຊົນ (kg)
ຂໍ້ມູນ:
v rms = ຄວາມໄວ ຫຼື ຄວາມໄວສະເລ່ຍຮາກຂັ້ນສອງ (ມ/ວິນາທີ)
R = ຄ່າຄົງທີ່ຂອງອາຍແກັສທົ່ວໄປ (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)
NA = ຈຳນວນໂມເລກຸນຕໍ່ໂມລ = ຈຳນວນຂອງ Avogadro (NA = 6,02 x 1023 / mol = 6,02 x 1026 /kmol)
T = ອຸນຫະພູມ (K)
M = ມວນໂມເລກຸນ = ມວນໂມເລກຸນ (ກກ/ກມ ຫຼື ກຣາມ/ໂມ)
vrms ທີ່ໄດ້ມາຂ້າງເທິງແມ່ນຄວາມໄວສະເລ່ຍຂອງໂມເລກຸນໃນອາຍແກັສ. ໂມເລກຸນບາງຊະນິດມີຄວາມໄວຫຼາຍກວ່າ vrms, ໃນຂະນະທີ່ໂມເລກຸນອື່ນໆມີຄວາມໄວນ້ອຍກວ່າ vrms. ໃນປີ 1859, James Clerk Maxwell (1831–1879) ໄດ້ຄົ້ນພົບການແຈກຢາຍຄວາມໄວໂມເລກຸນໃນອາຍແກັສໃນທາງທິດສະດີ. ການແຈກຢາຍຄວາມໄວໂມເລກຸນຂອງ Maxwell ແມ່ນມາຈາກທິດສະດີການເຄື່ອນທີ່, ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກຕ້ອງກວ່າສຳລັບໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ. ການແຈກຢາຍຄວາມໄວໂມເລກຸນຂອງ Maxwell ປາກົດດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນກຣາຟຂ້າງລຸ່ມນີ້.
ໃນປີ 1920, ນັກວິທະຍາສາດຫຼາຍຄົນໄດ້ດຳເນີນການທົດລອງເພື່ອສືບສວນການແຈກຢາຍຄວາມໄວຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ແທ້ຈິງ. ມັນປາກົດວ່າການແຈກຢາຍຄວາມໄວຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ແທ້ຈິງທີ່ພົບຜ່ານການທົດລອງແມ່ນຄືກັນກັບການຄົ້ນພົບຂອງ Maxwell.
ເມື່ອຄວາມໜາແໜ້ນຂອງອາຍແກັສສູງພຽງພໍ, ການແຈກຢາຍຄວາມໄວທີ່ໄດ້ຮັບຈາກການທົດລອງຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ແທ້ຈິງຈະບໍ່ກົງກັບການແຈກຢາຍຄວາມໄວທາງທິດສະດີທີ່ໄດ້ມາຈາກ Maxwell. ດັ່ງນັ້ນ, ການແຈກຢາຍຂອງ Maxwell, ໂດຍອີງໃສ່ທິດສະດີ kinetic ຂອງອາຍແກັສໂດຍໃຊ້ກົນຈັກ Newtonian, ແມ່ນມີຈຳກັດ. ການແຈກຢາຍຄວາມໄວຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນສູງສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍຫຼັກການ quantum.
ການແຈກຢາຍຂອງອັດຕາຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ແທ້ຈິງທີ່ໄດ້ຮັບຜ່ານການທົດລອງມີລັກສະນະຄືກັບຮູບຂ້າງລຸ່ມນີ້.
ຮູບນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນການແຈກຢາຍຄວາມໄວຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສທີ່ແທ້ຈິງສຳລັບສອງອຸນຫະພູມທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ກຣາຟຂອງການແຈກຢາຍຄວາມໄວຂອງໂມເລກຸນທີ່ໄດ້ຮັບຈາກການທົດລອງນີ້ສອດຄ່ອງກັບສົມຜົນ v rms ຂ້າງເທິງ (v rms ແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບອຸນຫະພູມ). ເນື່ອງຈາກວ່າ v rms ແມ່ນສັດສ່ວນໂດຍກົງກັບອຸນຫະພູມ, ເມື່ອອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນ (T2), ເສັ້ນໂຄ້ງການແຈກຢາຍອັດຕາໂມເລກຸນຈະເລື່ອນໄປທາງຂວາຕື່ມອີກ (v rms ກຳລັງໃຫຍ່ຂຶ້ນ). EA (ພະລັງງານກະຕຸ້ນ) ແມ່ນພະລັງງານຈົນຕໍ່າສຸດທີ່ຕ້ອງການເພື່ອໃຫ້ປະຕິກິລິຍາເຄມີເກີດຂຶ້ນ.
ຈາກກຣາຟຂ້າງເທິງ, ປະກົດວ່າອຸນຫະພູມສູງເທົ່າໃດ, ໂມເລກຸນຈະມີພະລັງງານຈົນຫຼາຍກວ່າພະລັງງານກະຕຸ້ນ (EA). ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ວ່າອຸນຫະພູມສູງເທົ່າໃດ, ປະຕິກິລິຍາເຄມີກໍ່ຈະໄວຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ. ອຸນຫະພູມສູງເທົ່າໃດ, ພະລັງງານຈົນຂອງໂມເລກຸນກໍ່ຈະຫຼາຍຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ. ເນື່ອງຈາກໂມເລກຸນມີພະລັງງານຈົນສູງ, ເມື່ອພວກມັນຊົນກັນ, ພວກມັນສາມາດຕິດກັນໄດ້.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1:
ກຳນົດ rms v ຂອງໂມເລກຸນໄນໂຕຣເຈນ (N2 ) ໃນອາກາດທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC (ມວນໂມເລກຸນຂອງໄນໂຕຣເຈນ = 28 ກຣາມ/ໂມລ = 28 ກິໂລກຣາມ/ກິໂລແມັດ)
ສົນທະນາ
k = 1,38 x 10‐23 J/K = 1,38 x 10‐23 (kg m2 / s2 ) /K
T = 20 oC + 273 = 293 K
ມວນໂມລ ຫຼື ມວນໂມເລກຸນຂອງ N2 ( M) = 2 x 14 u = 2 x 14 ກຣາມ/ໂມລ = 28 ກຣາມ/ໂມລ = 28 kg/kmol (ມວນອະຕອມຂອງ N = 14 u. ເບິ່ງຕາຕະລາງທາດ)
ຈຳນວນໂມເລກຸນ/ໂມລ = ຈຳນວນອາໂວກາໂດຣ (NA) = 6,02 x 1023 / ໂມລ = 6,02 x 1026 /ກິໂລແມັດໂມລ
ມວນສານຂອງໄນໂຕຣເຈນ (ມ) = ?
ອັດຕາ rms ຂອງໄນໂຕຣເຈນ (v rms) = ?
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2:
ກຳນົດ rms v ຂອງຮີລຽມ (He) ໃນອາກາດທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC …. (ມວນໂມເລກຸນຂອງຮີລຽມ = 4 ກຣາມ/ໂມລ = 4 ກິໂລກຣາມ/ກິໂລແມັດ)
ສົນທະນາ
k = 1,38 x 10‐23 J/K
T = 20 oC + 273 = 293 K
ມວນໂມລ/ມວນໂມເລກຸນຂອງ He (M) = 4 u = 4 ກຣາມ/ໂມລ = 4 kg/kmol (ມວນອະຕອມຂອງ He = 4 u. ເບິ່ງຕາຕະລາງທາດ)
ຈຳນວນໂມເລກຸນ/ໂມລ = ຈຳນວນ Avogadro (NA) = 6,02 x 1023 / ໂມລ = 6,02 x 1026 /ກິໂລແມັດໂມລ
ມວນສານ He (ມ) = ?
ອັດຕາ RMS He (v rms) = ?
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 3:
ກຳນົດ rms v ຂອງໄຮໂດຣເຈນ (H2 ) ໃນອາກາດທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC …. (ມວນໂມເລກຸນຂອງໄຮໂດຣເຈນ = 2 ກຣາມ/ໂມລ = 4 ກິໂລກຣາມ/ກິໂລແມັດ)
ສົນທະນາ
k = 1,38 x 10‐23 J/K
T = 20 oC + 273 = 293 K
ມວນໂມລ/ມວນໂມເລກຸນຂອງໄຮໂດຣເຈນ (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 ກຣາມ/ໂມລ = 2 ກິໂລກຣາມ/ກິໂລແມັດ (ມວນອະຕອມຂອງ H = 1 u. ເບິ່ງຕາຕະລາງທາດ)
ຈຳນວນໂມເລກຸນ/ໂມລ = ຈຳນວນອາໂວກາໂດຣ (NA) = 6,02 x 102 3 /ໂມລ = 6,02 x 1026 /ກິໂລແມັດໂມລ
ມວນສານຂອງ H2 ( ມ) = ?
ອັດຕາ RMS ຂອງ H2 ( v rms) = ?
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 4:
ກຳນົດອັດຕາ rms ຂອງໂມເລກຸນອົກຊີເຈນ (O2 ) ໃນອາກາດທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC . (ມວນໂມເລກຸນຂອງ O2 = 32 ກຣາມ/ໂມລ = 44 kg/kmol)
ສົນທະນາ
k = 1,38 x 10‐23 J/K
T = 20 oC + 273 = 293 K
ມວນໂມລ/ມວນໂມເລກຸນຂອງອົກຊີເຈນ (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 ກຣາມ/ໂມລ = 32 kg/ກິໂລແມັດ (ມວນອະຕອມ O = 16 u. ເບິ່ງຕາຕະລາງທາດ)
ຈຳນວນໂມເລກຸນ/ໂມລ = ຈຳນວນອາໂວກາໂດຣ (NA) = 6,02 x 1023 / ໂມລ = 6,02 x 1026 /ກິໂລແມັດໂມລ
ມວນສານຂອງ O2 ( ມ) = ?
ອັດຕາ RMS ຂອງ H2 ( v rms) = ?
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 5:
ກຳນົດອັດຕາ rms ຂອງ ໂມເລ ກຸນຄາບອນໄດອອກໄຊ ( CO2 ) ໃນອາກາດທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC (ມວນໂມເລກຸນຂອງ CO2 = 44 ກຣາມ/ໂມລ = 44 ກິໂລກຣາມ/ກິໂລແມັດ)
ສົນທະນາ
k = 1,38 x 10‐23 J/K = 1,38 x 10‐23 (kg m2 / s2 ) /K
T = 30 oC + 273 = 293 K
ມວນໂມລ/ມວນໂມເລກຸນຂອງ CO2 ( M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 ກຣາມ/ໂມລ = 44 kg/ກິໂລແມັດ (ມວນອະຕອມ C = 12 u, ມວນອະຕອມ O = 16 u. ເບິ່ງຕາຕະລາງທາດ)
ຈຳນວນໂມເລກຸນ/ໂມລ = ຈຳນວນ Avogadro (NA ) = 6,02 x 1023 /ໂມລ = 6,02 x 1026 /ກິໂລແມັດໂມລ
ມວນສານຂອງ CO2 ( ມ) = ?
ອັດຕາ CO2 rms (v rms) = ?
v rms ຂອງອາຍແກັສບາງຊະນິດ
ບັດນີ້, ຂໍໃຫ້ປຽບທຽບ rms v ຂອງອາຍແກັສຫຼາຍຊະນິດ:
v rms ໄຮໂດຣເຈນ (H2 ) = 1917 m/s = 1,92 km/s (ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC )
v rms ຮີລຽມ (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC )
v rms ໄນໂຕຣເຈນ (N2 ) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC )
v rms ອົກຊີເຈນ (O2 ) = 478,4 m/s = 0,48 km/s (ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC )
v rms ຄາບອນໄດອອກໄຊ (CO2 ) = 407,6 m/s = 0,41 km/s (ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC )
ອາຍແກັສທີ່ມີຄວາມໄວ rms ສູງສຸດແມ່ນໄຮໂດຣເຈນ, ແລະຕໍ່າສຸດແມ່ນຄາບອນໄດອອກໄຊ. ບັດນີ້ໃຫ້ປຽບທຽບສິ່ງນີ້ກັບຄວາມໄວການຫຼົບໜີຢູ່ໜ້າໂລກ (ຄວາມໄວການຫຼົບໜີ = 11,2 ກິໂລແມັດ/ວິນາທີ). ຄວາມໄວການຫຼົບໜີແມ່ນຄວາມໄວຕໍ່າສຸດທີ່ຕ້ອງການສຳລັບວັດຖຸທີ່ຈະຫຼົບໜີຈາກສະໜາມແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງໂລກ.
ຖ້າ vrms ຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສມີຄວາມໄວພຽງແຕ່ 1/6 ເທົ່າຂອງຄວາມໄວໃນການຫຼົບໜີ (1/6 x 11,2 km/s = 1,86 km/s), ແລ້ວຈະມີໂມເລກຸນອາຍແກັສຫຼາຍໂມເລກຸນທີ່ມີຄວາມໄວຫຼາຍກວ່າຄວາມໄວໃນການຫຼົບໜີ (ຈື່ການແຈກຢາຍຂອງຄວາມໄວໂມເລກຸນທີ່ໄດ້ອະທິບາຍຂ້າງເທິງ). ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC , vrms ຂອງອາຍແກັສໄຮໂດຣເຈນ = 1,92 km/s (> 1,86 km/s). ໃນຂະນະດຽວກັນ, vrms ຂອງອາຍແກັສຮີລຽມທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC = 1,36 km/h (ໃກ້ກັບ 1,86 km/s). ນີ້ແມ່ນຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມ 20 oC.
ອຸນຫະພູມສູງເທົ່າໃດ, ຄ່າ rms ກໍ່ຍິ່ງສູງຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ. ຄ່າ rms ສູງເທົ່າໃດ, ໂອກາດທີ່ຈະຫຼຸດພົ້ນອອກຈາກສະໜາມແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງໂລກກໍ່ຈະສູງຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ວ່າເປັນຫຍັງຮີລຽມ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນເສລີຈຶ່ງບໍ່ມີຢູ່ໃນຊັ້ນບັນຍາກາດຂອງໂລກ.
ຂະໜາດຂອງຄວາມໄວໃນການຫຼົບໜີຂອງດາວເຄາະ ແລະ ຄວາມໄວ rms ຂອງໂມເລກຸນອາຍແກັສ ກຳນົດປະເພດຂອງບັນຍາກາດທີ່ດາວເຄາະ ຫຼື ດາວທຽມມີ. ຄວາມໄວໃນການຫຼົບໜີຂອງດາວສຸກແມ່ນ 10,3 ກິໂລແມັດ/ວິນາທີ. ຄວາມໄວ rms ຂອງ CO2 ແມ່ນ ນ້ອຍຫຼາຍ ຈົນມັນຍາກທີ່ຈະຫຼົບໜີອອກຈາກບັນຍາກາດຂອງດາວສຸກ. ໃນຂະນະດຽວກັນ, ຄວາມໄວໃນການຫຼົບໜີຂອງດາວພະຫັດແມ່ນ 60 ກິໂລແມັດ/ວິນາທີ, ເຊິ່ງຂ້ອນຂ້າງໃຫຍ່ເນື່ອງຈາກເສັ້ນຜ່າສູນກາງທີ່ໃຫຍ່ຂອງດາວພະຫັດ. ດັ່ງນັ້ນ, ໄຮໂດຣເຈນ ແລະ ຮີລຽມ ຈຶ່ງບໍ່ສາມາດຫຼົບໜີຈາກສະໜາມແຮງໂນ້ມຖ່ວງຂອງດາວພະຫັດໄດ້.
