د ګازونو حرکي تيوري وايي چې هره ماده د اتومونو یا مالیکولونو څخه جوړه شوې ده، او دا اتومونه یا مالیکولونه په دوامداره، ناڅاپي حرکت کې دي. دا حرکي تیوري د هغو اتومونو یا مالیکولونو وضعیت او شرایطو سره سمون لري چې ګاز جوړوي. د هغو اتومونو یا مالیکولونو ترمنځ د کشش قوې چې ګاز جوړوي خورا کمزوري دي، نو اتومونه یا مالیکولونه کولی شي په آزاده توګه حرکت وکړي.
کله چې حرکت کوي، اتومونه یا مالیکولونه سرعت لري. اتومونه یا مالیکولونه هم ډله لري. ځکه چې دوی ډله (m) او سرعت (v) لري، اتومونه یا مالیکولونه حرکي انرژي (EK) او حرکت (p) لري. حرکي انرژي : EK = ۱/۲ mv2 . په داسې حال کې چې تحرک : p = m v. د حرکي انرژۍ او حرکت سربیره، قوه (F) هم شتون لري. کله چې په آزاده توګه حرکت کوي، نو ټکرونه حتمي پیښیږي. نو ځواک د حرکت د بدلون له امله رامینځته کیږي کله چې ټکر واقع کیږي. د حرکت او حرکت په اړه بحث په یاد ولرئ. حرکي انرژي، حرکت، او حرکت ځواک زموږ د متحرک موادو (د نیوټن قوانین، حرکت او حرکت) کې د بحث اصلي برخه ده. موږ کولی شو ووایو چې د ګازونو حرکي تیوري په حقیقت کې د ګازي موادو په اټومي یا مالیکولي کچه کې د متحرکاتو ساینس پلي کوي.
د مثالي ګاز مفهوم (د ګازونو د میکروسکوپي ځانګړتیاو پر بنسټ)
د ګازو د قوانینو په بحث کې، درې مقدارونه تشریح شول چې د اصلي ګازونو میکروسکوپي ځانګړتیاوې بیانوي. دا درې مقدارونه د تودوخې درجه (T)، حجم (V)، او فشار (P) دي. د دې دریو میکروسکوپي مقدارونو ترمنځ اړیکه د بویل په قانون، د چارلس په قانون، او د ګی-لوساک په قانون کې څرګندیږي. دا باید په یاد ولرئ چې دا درې قوانین یوازې په هغو اصلي ګازونو پلي کیږي چې نسبتا ټیټ فشار او کثافت لري (کثافت = ډله / حجم). دا درې قوانین یوازې په هغو اصلي ګازونو پلي کیږي چې تودوخه یې د جوش نقطې ته نه رسیږي.
د بویل قانون، د چارلس قانون، او د ګی-لوساک قانون په ټولو اصلي ګاز شرایطو کې نه پلي کیږي، نو موږ کولی شو د مثالي ګاز ماډل جوړ کړو. مثالي ګازونه په ورځني ژوند کې شتون نلري؛ دوی په ساده ډول بشپړ شکلونه دي چې په قصدي ډول زموږ د تحلیل سره مرسته کولو لپاره رامینځته شوي، د سختو بدنونو او مثالي مایعاتو سره ورته. له همدې امله، موږ فرض کوو چې د بویل قانون، د چارلس قانون، او د ګی-لوساک قانون په ټولو مثالي ګاز شرایطو کې پلي کیږي. د مثالي ګاز ماډل شتون موږ سره د میکروسکوپي ګاز مقدارونو ترمنځ اړیکه معاینه کولو کې مرسته کوي.
د مثالي ګاز قانون په دوو معادلو کې څرګند شوی، یعنې PV = nRT (په مولونو کې د مثالي ګاز قانون) او PV = NkT (په مالیکولونو کې د مثالي ګاز قانون). موږ فرض کوو چې یو مثالي ګاز دا دواړه معادلې پوره کوي. په بل عبارت، د مثالي ګاز قانون په ټولو مثالي ګاز شرایطو کې پلي کیږي، دواړه کله چې د مثالي ګاز فشار یا کثافت خورا لوی وي او کله چې د مثالي ګاز تودوخه د جوش نقطې ته نږدې وي. برعکس، د مثالي ګاز قانون په ټولو اصلي ګاز شرایطو کې نه پلي کیږي. د مثالي ګاز قانون یوازې هغه وخت پلي کیږي کله چې د اصلي ګاز فشار او کثافت ډیر لوی نه وي. د مثالي ګاز قانون هم یوازې هغه وخت پلي کیږي کله چې د اصلي ګاز تودوخه د جوش نقطې ته نږدې نه وي. د دې لنډ وضاحت پراساس، موږ کولی شو ووایو چې اصلي ګازونه د مثالي ګازونو سره ورته ځانګړتیاوې لري یوازې هغه وخت چې د اصلي ګاز کثافت او فشار ډیر لوی نه وي او کله چې د اصلي ګاز تودوخه د جوش نقطې ته نږدې نه وي.
پورته تشریح شوی د مثالي ګاز مفهوم د میکروسکوپي لید څخه معاینه کیږي. که څه هم یو مثالي ګاز یوازې یو مثالي ماډل دی، دا لاهم د آزاد حرکت کونکي اتومونو یا مالیکولونو څخه جوړ شوی ګاز ګڼل کیږي. له همدې امله، دا به ګټور وي چې د مثالي ګاز مفهوم د مایکروسکوپي لید څخه هم بحث وکړو.
د مثالي ګاز مفهوم (د ګازونو د مایکروسکوپي ځانګړتیاو پر بنسټ)
لاندې یو لنډ وضاحت دی چې د مثالي ګاز مایکروسکوپي شرایط بیانوي، کوم چې د ګازونو د متحرک تیوري پر بنسټ والړ دی:
۱. یو مثالی ګاز له ذراتو څخه جوړ دی، چې مالیکولونه ورته ویل کیږي. د مالیکولونو شمیر ډیر لوی دی. د مثالی ګاز مالیکولونه کولی شي یو اتوم یا څو اتومونه ولري. هر مالیکول یو وزن (m) لري او په ناڅاپي ډول په ټولو لارښوونو کې په یو ټاکلي سرعت (v) حرکت کوي.
۲. د هر مالیکول ترمنځ واټن د هر مالیکول له قطر څخه زیات دی.
۳. دا مالیکولونه د حرکت قوانینو اطاعت کوي او کله چې ټکرونه رامنځته شي نو یو له بل سره تعامل کوي.
۴. د مالیکولونو یا د مالیکولونو او د کانټینر دیوالونو ترمنځ ټکرونه په بشپړ ډول لچک لرونکي ټکرونه دي او هر ټکر په ډیر لنډ وخت کې پیښیږي.
په یوه بشپړه انعطاف منونکې ټکر کې، د انرژۍ د ساتنې قانون پلي کیږي (د ټکر څخه مخکې انرژي = د ټکر وروسته انرژي) او د حرکت د ساتنې قانون (د ټکر څخه مخکې حرکت = د ټکر وروسته حرکت).
د ګازونو د حرکي تيوري لپاره د امپلس-ټکر بياکتنه
د ګازو د میکروسکوپي او مایکروسکوپي مقدارونو ترمنځ کمیتي اړیکه بیاکتنه وکړئ. هغه مقدارونه چې د ګازو میکروسکوپي ځانګړتیاوې بیانوي د تودوخې درجه (T)، حجم (V)، او فشار (P) دي. په ورته وخت کې، هغه مقدارونه چې د ګازو مایکروسکوپي ځانګړتیاوې بیانوي د اتومونو یا مالیکولونو سرعت یا سرعت (v)، حرکت (p)، ځواک (F)، او حرکي انرژي (EK) دي چې ګاز جوړوي.
د دې اړیکې د ترلاسه کولو لپاره، راځئ چې په یوه تړلي کانټینر کې د ګازو یو شمیر مالیکولونه په پام کې ونیسو. د بکس د اړخ اوږدوالی l دی او د هغې د متقابلې برخې ساحه A ده.
مالیکولونه کتله (m) لري او کله چې حرکت کوي نو سرعت (v) لري. ځکه چې کانټینر تړلی دی، د مالیکولونو او د کانټینر دیوالونو ترمنځ د ټکر احتمال شتون لري چې د سطحې ساحه A لري.
د تحلیل د ساده کولو لپاره، موږ په ساده ډول هغه ټکرونه په پام کې نیسو چې په چپ دیوال کې واقع کیږي (د z محور سره موازي دیوال). لومړی، راځئ چې د یو واحد مالیکول لخوا تجربه شوي ټکرونه په پام کې ونیسو. راځئ چې دا مالیکول 1 ووایو. د مالیکول 1 وزن = m1 او د حرکت کچه = v1. د کیڼ اړخ د حرکت لوري منفي ارزښت ته ټاکل شوې ده، پداسې حال کې چې ښي اړخ ته د حرکت لوري مثبت ارزښت ته ټاکل شوې ده.
موږ کولی شو فرض کړو چې د کانټینر دیوال سره د ټکر کولو دمخه، د مالیکول حرکت د ایکس محور سره موازي دی او د حرکت لوري یې کیڼ اړخ ته دی. له همدې امله، د ایکس محور کې د سرعت یوه برخه شتون لري چې منفي ارزښت لري (−v1x ). ځکه چې دا وزن لري (m1) او سرعت (-v1x)، نو مالیکول حرکت لري (p1 = - م1 v1x). دا لومړنی حرکت دی. کله چې مالیکول دیوال سره ټکر کوي، نو په دیوال باندې د عمل ځواک کاروي. ځکه چې د عمل ځواک شتون لري، دیوال د عکس العمل ځواک کاروي. د دیوال څخه د عکس العمل ځواک د دې لامل کیږي چې مالیکول ښي خوا ته وغورځول شي. ځکه چې د حرکت لار ښي خوا ته ده، د مالیکول سرعت برخه مثبته ده (v1x). د ټکر وروسته د مالیکول حرکت دا دی: p2 = م1 v1xدا وروستۍ سرعت دی.
د ټکر له امله د حرکت د بدلون شدت دا دی:
ټول حرکت = وروستی حرکت – لومړنی حرکت
ټول p = مخ2 - مخ1
د p مجموعه = m1 v1x - (-م1 v1x )
د p ټولټال = 2m1 v1x
2m1 v1x = د یوې ټکر لپاره ټول حرکت. ځکه چې مالیکولي ټکرونه په بشپړ ډول لچک لرونکي دي، دوی یوازې یو ځل نه بلکې په مکرر ډول پیښیږي. په بشپړ ډول لچک لرونکي ټکرونو کې، د انرژۍ د ساتنې قوانین او د حرکت د ساتنې قانون پلي کیږي. د ټکر څخه مخکې انرژي او حرکت = د ټکر وروسته انرژي او حرکت. له همدې امله، مالیکولونه به هیڅکله حرکت ودروي (انرژي ساتل کیږي). د مالیکولونو سرعت هم هیڅکله نه کمیږي (حرکت ساتل کیږي).
د چپ دیوال سره د ټکر وروسته، مالیکول ښي خوا ته حرکت کوي تر هغه چې د ښي دیوال سره ټکر وکړي. د ښي دیوال سره د ټکر وروسته، مالیکول بیرته کیڼ اړخ ته حرکت کوي ترڅو بیا د کیڼ دیوال سره ټکر وکړي. څرنګه چې د بکس د اړخ اوږدوالی = l دی، نو د لومړي ځل لپاره د کیڼ دیوال سره د ټکر وروسته، مالیکول به د دوهم ځل لپاره د کیڼ دیوال سره د ټکر کولو دمخه د 2l فاصله سفر وکړي (2l = د ګرد سفر فاصله). کله چې د 2l فاصله حرکت کوي، مالیکول به یقینا یو ټاکلی وخت وقفې ته اړتیا ولري (راځئ چې دا ډیلټا t ووایو). د مالیکول لپاره د 2l فاصله حرکت کولو لپاره د وخت وقفې (ډیلټا t) اندازه په ریاضي ډول په دې ډول لیکل کیږي:
ډیلټا t د هر ټکر ترمنځ د وخت وقفه ده. کله چې مالیکول له دیوال سره ټکر کوي، نو په دیوال باندې د عمل قوه کاروي. ځکه چې دا د عمل قوه تجربه کوي، دیوال د عکس العمل قوه کاروي. دا د عکس العمل قوه د مالیکول د بیا ښي خوا ته حرکت کولو لامل کیږي. پدې حالت کې، د مالیکول د حرکت لوري بدلیږي. په پیل کې، مالیکول کیڼ اړخ ته حرکت کوي (-v1x)، د دیوال سره د ټکر وروسته، مالیکول ښي خوا ته حرکت کوي (v1x). د حرکت په لوري کې بدلون د حرکت د بدلون لامل کیږي (وروستی حرکت – لومړنی حرکت = m1 v1x – (‐m1 v1x) = 2m1 v1x). موږ کولی شو ووایو چې د حرکت بدلون د دیوال لخوا د لګول شوي ټول ځواک له امله رامینځته کیږي. د دیوال لخوا د لګول شوي ټول ځواک شدت، په ریاضيکي ډول:
پورته بکس یوازې یو مالیکول ښیي. دا پدې معنی ندي چې په بکس کې یوازې یو ګاز مالیکول شتون لري. په حقیقت کې، ډیری ګاز مالیکولونه شتون لري. په بکس کې د ټولو ګاز مالیکولونو د ټول ځواک شدت په ریاضي ډول دی:
F = F1 + F2 + F3 +….. + Fn
F1 = د مالیکول ۱ لپاره ټول ځواک
F2 = د مالیکول ۱ لپاره ټول ځواک
F3 = د مالیکول ۱ لپاره ټول ځواک
…… = او داسې نور
Fn = د مالیکول ۴ لپاره ټول ځواک
د مالیکولونو شمیر ډیر لوی دی، نو موږ په ساده ډول سمبول n لیکو. n = وروستی مالیکول.
m1 = د مالیکول ۱ کتله، m2 = د مالیکول ۲ کتله، m3 = د مالیکول ۳ کتله، mn = د وروستي مالیکول کتله. m1 + m2 + m3 + ….. + mn = m (په بکس کې د ګاز کتله). l = د بکس د اړخ اوږدوالی. ټول مالیکولونه باید په ورته l سفر وکړي.
v12x = د مالیکول ۳ سرعت، v22 x = د مالیکول ۳ سرعت، v33 x = د مالیکول ۳ سرعت، vn2 x = د مالیکول وروستۍ سرعت. د هر مالیکول سرعت توپیر لري، له همدې امله موږ اړتیا لرو چې د ټولو مالیکولونو اوسط سرعت محاسبه کړو. د مالیکولونو اوسط سرعت محاسبه کولو لپاره، موږ کولی شو د ټولو مالیکولونو سرعت د مالیکولونو په شمیر سره وویشو. د ګازونو په حرکي تیوري کې، د مالیکولونو شمیر معمولا د N سمبول ورکول کیږي. په ریاضيکي ډول، د ټولو مالیکولونو اوسط سرعت په لاندې ډول لیکل کیږي:
په تیرو وضاحتونو کې، دا انګیرل کیده چې مالیکولونه د ایکس محور سره موازي حرکت کوي. دا انګیرنه یوازې د تحلیل ساده کولو لپاره شوې وه. په حقیقت کې، په بکس کې ټول ګاز مالیکولونه په ناڅاپي ډول په ټولو لارښوونو کې حرکت نه کوي. ځکه چې د دوی حرکت په ناڅاپي ډول پیښیږي، د ایکس محور کې د اوسط سرعت برخې درلودو سربیره، مالیکولونه د y محور یا z محور کې د اوسط سرعت برخه هم لري. په دې توګه، د ګاز مالیکولونو اوسط سرعت = د ایکس محور، y محور او z محور کې د اوسط سرعت اجزاو ټول مجموعه. په ریاضي ډول، دا په دې ډول لیکل شوی:
ځکه چې مالیکولونه په ناڅاپي ډول حرکت کوي، د x-محور، y-محور، او z-محورونو کې د سرعت اجزا ورته اندازه لري. په ریاضيکي توګه، دا په لاندې ډول لیکل شوی:
F = د هغه قوې شدت چې د ګازو مالیکولونو لخوا د هغه کانټینر په دیوالونو کې کارول کیږي چې سطحي مساحت A لري.
د فشار (P) او مایکروسکوپي مقدارونو ترمنځ اړیکه
فشار (P) هغه مقدار دی چې د ګاز میکروسکوپي ځانګړتیاوې په ګوته کوي. د ګاز مایکروسکوپي ځانګړتیاو پراساس فشار په پام کې ونیسئ. د ګاز مالیکولونو لخوا د A کراس سیکشنل ساحې سره دیوال باندې د فشار شدت دا دی:
معلومات:
P = فشار
N = د ګازو د مالیکولونو شمیر
m = کتله
v = د مالیکولونو اوسط سرعت
V = د کانټینر حجم
