د ګازو اغېزمن سرعت

د ځمکې په اتموسفیر کې آزاد هیلیم او هایدروجن ګاز نشته. یوازې نایتروجن (۷۸٪)، اکسیجن (۲۱٪)، ارګون (۰.۹۰٪)، کاربن ډای اکسایډ او نور شتون لري. د زهره اتموسفیر تقریبا په بشپړ ډول کاربن ډای اکسایډ (CO2) دی _. د مشتري اتموسفیر ډیر آزاد هیلیم او هایدروجن لري. سپوږمۍ اتموسفیر نلري. ولې د هرې سیارې د اتموسفیر ډول توپیر لري؟ ولې د ځمکې په اتموسفیر کې آزاد هیلیم او هایدروجن شتون نلري؟

د مربع سرعت اوسط ريښه

د ریښې اوسط مربع سرعت = د ریښې اوسط مربع = v _rms . موږ کولی شو د تودوخې او حرکي انرژۍ معادلې په ژباړنیزو معادلو بدلولو سره د v _{rms معادله ترلاسه کړو.}

معلومات:

v _rms = د مربع سرعت یا سرعت اوسط ریښه (m/s)

k = بولټزمان ثابت n (k = 1,38 x 10 ⁻²³ J/K)

T = مطلق تودوخه (K = کیلوین)

m = وزن (کیلوګرامه)

معلومات:

v rms = د مربع سرعت یا سرعت اوسط ریښه (m/s)

R = د ګازو نړیوال ثابت (R = 8,315 J/mol.K = 8315 kJ/kmol.K)

NA = د هر مول مالیکولونو شمیر = د ایوګاډرو شمیره (NA = 6,02 x 10 ²³ /mol = 6,02 x 10 ²⁶ /kmol)

T = تودوخه (K)

M = مالیکولي وزن = د غاښونو ډله (کیلوګرام/کیلومتر مول یا ګرام/مول)

پورته اخیستل شوي vrms په ګاز کې د مالیکولونو اوسط سرعت دی. ځینې مالیکولونه د vrms څخه ډیر سرعت لري، پداسې حال کې چې نور د vrms څخه کوچني سرعت لري. په 1859 کې، جیمز کلرک میکسویل (1831-1879) په تیوریکي توګه په ګاز کې د مالیکولي سرعت ویش کشف کړ. د میکسویل مالیکولي سرعت ویش د کاینټیک تیوري څخه اخیستل شوی، او له همدې امله د مثالي ګاز مالیکولونو لپاره ډیر دقیق دی. د میکسویل مالیکولي سرعت ویش داسې ښکاري لکه څنګه چې په لاندې ګراف کې ښودل شوی.

په ۱۹۲۰ کال کې، ګڼ شمېر ساینس پوهانو د اصلي ګازو د مالیکولونو د سرعت ویش د څېړنې لپاره تجربې ترسره کړې. دا معلومه شوه چې د تجربو له لارې موندل شوي د اصلي ګازو د مالیکولونو د سرعت ویش په سمه توګه د میکسویل د موندنو سره ورته و.

کله چې د ګاز کثافت په کافي اندازه لوړ وي، نو د اصلي ګاز مالیکولونو تجربوي ترلاسه شوي سرعت ویش د میکسویل لخوا ترلاسه شوي تیوریکي سرعت ویش سره سمون نه خوري. په دې توګه، د میکسویل ویش، د نیوټن میخانیکونو په کارولو سره د ګازونو د متحرک تیوري پر بنسټ، محدود دی. د لوړ کثافتونو کې د ګاز مالیکولونو سرعت ویش د کوانټم اصولو لخوا تشریح کیدی شي.

د تجربې له لارې ترلاسه شوي د اصلي ګاز مالیکولونو د اندازې ویش د لاندې شکل په څیر ښکاري.

دا ارقام د دوو مختلفو تودوخې لپاره د اصلي ګاز مالیکولونو د سرعت ویش ښیي. د دې تجربې له لارې ترلاسه شوي مالیکولونو د سرعت ویش ګراف پورته v rms معادلې سره سمون خوري (v rms د تودوخې سره مستقیم متناسب دی). ځکه چې v rms د تودوخې سره مستقیم متناسب دی، کله چې تودوخه لوړه شي (T₂)، د مالیکولي نرخ ویش منحنی نور هم ښي خوا ته حرکت کوي (v rms لوی کیږي). EA (د فعالولو انرژي) د کیمیاوي تعامل د ترسره کیدو لپاره اړین لږترلږه حرکي انرژي ده.

له پورته ګراف څخه، داسې ښکاري چې د تودوخې درجه لوړه وي، د مالیکولونو حرکي انرژي د فعالولو انرژۍ (EA) په پرتله ډیره وي. له همدې امله د تودوخې درجه لوړه وي، کیمیاوي تعامل ګړندی وي. د تودوخې درجه لوړه وي، د مالیکولونو حرکي انرژي ډیره وي. ځکه چې مالیکولونه لوړ حرکي انرژي لري، کله چې دوی ټکر کوي، دوی کولی شي یوځای ودریږي.

د مثال پوښتنه ۱:

_{د نایتروجن مالیکول (N 2} ) rms v په هوا کې د 20 ^درجو سانتی ګراد په تودوخه کې معلوم کړئ (د نایتروجن مالیکولي وزن = 28 ګرامه/مول = 28 کیلوګرام/کیلومترول)

بحث

k = 1,38 x 10 ⁻²³ J/K = 1,38 x 10 ⁻²³ (kg m ² /s ² )/K

T = 20 ^° C + 273 = 293 K

د مولار کتله یا مالیکولي وزن د N ₂ (M) = 2 x 14 u = 2 x 14 ګرام/مول = 28 ګرام/مول = 28 کیلوګرام/کیلومترول (د N اټومي وزن = 14 u. د عناصرو دوراني جدول وګورئ)

د مالیکولونو شمېر/مول = د ایوګاډرو شمېر (NA) = 6,02 x 10 ²³ /مول = 6,02 x 10 ²⁶ /کیلومتره مول

د نایتروجن وزن (m) = ?

د نایتروجن rms کچه (v rms) = ?

 

د مثال پوښتنه ۱:

^{د ۲۰ درجو} سانتي ګراد په تودوخه کې په هوا کې د هیلیم (He) rms v معلوم کړئ .... (د هیلیم مالیکولي وزن = ۴ ګرامه/مول = ۴ کیلوګرام/کیلومترول)

بحث

k = ۱.۳۸ x ۱۰ ^−۲۳ J/K

T = 20 ^° C + 273 = 293 K

د He (M) د مولاک وزن/مالیکیولر وزن = 4 u = 4 ګرامه/مول = 4 kg/kmol (د He اټومي وزن = 4 u. د عناصرو دوراني جدول وګورئ)

د مالیکولونو شمېر/مول = د ایوګاډرو شمېر (NA) = 6,02 x 10 ²³ /مول = 6,02 x 10 ²⁶ /کیلومتره مول

وزن هغه (م) = ?

د RMS نرخ He (v rms) = ?

د مثال پوښتنه ۱:

^{د ۲۰ درجو سانتي} ګراد په تودوخه کې په هوا کې د هایدروجن (H2) _rms v معلوم کړئ .... (د هایدروجن مالیکولي وزن = ۲ ګرامه/مول = ۴ کیلوګرام/کیلومترول)

بحث

k = ۱.۳۸ x ۱۰ ^−۲۳ J/K

T = 20 ^° C + 273 = 293 K

د هایدروجن مالیکولي وزن (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 ګرامه/مول = 2 kg/kmol (د H اټومي وزن = 1 u. د عناصرو دوراني جدول وګورئ)

د مالیکولونو شمېر/مول = د ایوګاډرو شمېر (NA) = 6,02 x 102 ³ /مول = 6,02 x 10 ²⁶ /کیلومتره مول

_{د H 2} (m) وزن = ?

د H ₂ (v rms) د RMS کچه = ?

د مثال پوښتنه ۱:

_{د اکسیجن مالیکولونو ( O2} ) د rms کچه په هوا کې د 20 ^درجو سانتی ګراد په تودوخه کې معلومه کړئ (د _O2 مالیکولي وزن = 32 ګرامه/مول = 44 کیلوګرام/کیلومترول)

بحث

k = ۱.۳۸ x ۱۰ ^−۲۳ J/K

T = 20 ^° C + 273 = 293 K

د اکسیجن د مولاکمال/مالیکولري وزن (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 ګرامه/مول = 32 کیلوګرام/کیلومترول (اټومي وزن O = 16 u. د عناصرو دوراني جدول وګورئ)

د مالیکولونو شمېر/مول = د ایوګاډرو شمېر (NA) = 6,02 x 10 ²³ /مول = 6,02 x 10 ²⁶ /کیلومتره مول

_{د O 2} (m) وزن = ?

د H ₂ (v rms) د RMS کچه = ?

د مثال پوښتنه ۱:

^{د ۲۰ درجو سانتي} ګراد په تودوخه کې په هوا کې د کاربن ډای اکسایډ ( _CO2 ) مالیکولونو د RMS کچه معلومه کړئ. (د _CO2 مالیکولي وزن = ۴۴ ګرامه/مول = ۴۴ کیلوګرام/کیلومترول)

بحث

k = 1,38 x 10 ⁻²³ J/K = 1,38 x 10 ⁻²³ (kg m ² /s ² )/K

T = 30 ^° C + 273 = 293 K

_{د CO2} (M) د مولر کتله/مالیکولري وزن = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 ګرامه/مول = 44 kg/kmol (اټومی وزن C = 12 u، اټومي وزن O = 16 u. د عناصرو دوراني جدول وګورئ)

د مالیکولونو شمېر/مول = د ایوګاډرو شمېر (NA ₎ = 6,02 x 10 ²³ /مول = 6,02 x 10 ²⁶ /کیلومترول

_{د CO2} وزن (m) = ?

_{د CO 2} rms کچه (v rms) = ?

د ګازو د ځینو ډولونو ډولونه

اوس راځئ چې د څو ډوله ګازونو rms v پرتله کړو:

v rms هایدروجن (H _{2 ) = 1917 m/s = 1,92 km/s (د 20} ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې )

^{v rms هیلیم (He) = ۱۳۵۵.۷ متر/ثانیه = ۱.۳۶ کیلومتر/ثانیه (د ۲۰ درجو} سانتي ګراد په تودوخه کې )

v rms نایتروجن (N _{2 ) = 510,75 m/s = 0,51 km/s (د 20} ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې )

v rms اکسیجن (O _{2 ) = 478,4 m/s = 0,48 km/s (د 20} ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې )

v rms کاربن ډای اکسایډ (CO2 _{) = 407,6 m/s = 0,41 km/s (د 20} ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې )

هغه ګاز چې تر ټولو لوړ rms سرعت لري هایدروجن دی، او تر ټولو ټیټ کاربن ډای اکسایډ دی. اوس دا د ځمکې په سطحه د تېښتې سرعت سره پرتله کړئ (د تېښتې سرعت = ۱۱.۲ کیلومتره/سیکنډه). د تېښتې سرعت هغه لږ تر لږه سرعت دی چې د یو شی لپاره د ځمکې د جاذبې ساحې څخه د تېښتې لپاره اړین دی.

که چیرې د ګازو د مالیکولونو اندازه د تېښتې سرعت څخه یوازې ۱/۶ ځله وي (۱/۶ x ۱۱.۲ کیلومتره/ثانیه = ۱.۸۶ کیلومتره/ثانیه)، نو د ګازو ډېر مالیکولونه شتون لري چې سرعت یې د تېښتې سرعت څخه ډیر دی (د پورته تشریح شوي مالیکولي سرعتونو ویش په یاد ولرئ). د ۲۰ ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې، د هایدروجن ګاز vrms = ۱.۹۲ کیلومتره/ثانیه (> ۱.۸۶ کیلومتره/ثانیه). په عین حال کې، د هیلیم ګاز vrms د ۲۰ ^درجو سانتي ګراد په تودوخه کې = ۱.۳۶ کیلومتره/ساعت (نږدې ۱.۸۶ کیلومتره/ثانیه). دا د ۲۰ ^{درجو سانتي} ګراد په تودوخه کې ده.

هر څومره چې تودوخه لوړه وي، د rms ارزښت لوړ وي. هر څومره چې د rms ارزښت لوړ وي، د ځمکې د جاذبې ساحې څخه د تیښتې چانس ډیر وي. همدا دلیل دی چې ولې آزاد هیلیم او هایدروجن د ځمکې له اتموسفیر څخه شتون نلري.

د یوې سیارې د تېښتې سرعت شدت او د ګازو د مالیکولونو rms سرعت د یوې سیارې یا سپوږمکۍ د اتموسفیر ډول ټاکي. د زهرې د تېښتې سرعت په ثانیه کې ۱۰.۳ کیلومتره دی. د CO2 rms سرعت دومره کوچنی _دی چې د زهرې د اتموسفیر څخه د تېښتې لپاره یې ستونزمن دی. په عین حال کې، د مشتري د تېښتې سرعت په ثانیه کې ۶۰ کیلومتره دی، چې د مشتري د لوی قطر له امله خورا لوی دی. له همدې امله، هایدروجن او هیلیم د مشتري د جاذبې ساحې څخه نشي وتلی.