พลังงานจลน์เฉลี่ยของแก๊ส
นอกจากความดันแล้ว ปริมาณอีกอย่างหนึ่งที่บ่งชี้คุณสมบัติระดับมหภาคของแก๊สคืออุณหภูมิ (T) สมการความดันของแก๊สที่ได้มาจากหัวข้อทฤษฎีจลน์ของแก๊สถูกเขียนใหม่อีกครั้ง:
สมการกฎของแก๊สอุดมคติที่ได้มาจากการอธิบายในหัวข้อกฎของแก๊สอุดมคติถูกเขียนซ้ำอีกครั้ง:
PV = NkT → สมการ b
พิจารณาสมการ a และสมการ b ด้านซ้ายเท่ากัน ในขณะที่ด้านขวาเกือบเท่ากัน เนื่องจากด้านซ้ายเท่ากัน สมการทั้งสองจึงสามารถรวมกันได้:
ถ้าเราคูณทั้งด้านซ้ายและด้านขวาด้วย 3/2 สมการนี้จะเปลี่ยนรูปแบบเป็น:
อุณหภูมิมีความสัมพันธ์โดยตรงกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโมเลกุลแก๊ส ยิ่งอุณหภูมิสูง พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นก็จะยิ่งมากขึ้น ในทางกลับกัน ยิ่งอุณหภูมิต่ำ พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นก็จะยิ่งน้อยลง เราจึงสรุปได้ว่า อุณหภูมิเป็นตัววัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโมเลกุล
สมการของอุณหภูมิสัมบูรณ์เทียบกับพลังงานจลน์การเคลื่อนที่ 2 สามารถเขียนในรูปแบบอื่นได้ดังนี้:
ประการแรกพลังงานจลน์จากการเคลื่อนที่เชิงเส้น คือพลังงานจลน์ที่วัตถุหรือโมเลกุลมีเมื่อเคลื่อนที่ในแนวราบ การเคลื่อนที่เชิงเส้นอาจเป็นเส้นตรง เส้นเฉียง หรือเส้นพาราโบลา ส่วนพลังงานจลน์จากการหมุนนั้นเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม พลังงานจลน์จากการหมุนคือพลังงานจลน์ที่วัตถุหรือโมเลกุลมีเมื่อเคลื่อนที่ในแนวหมุน
ประการที่สองพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ในสมการข้างต้นใช้ได้เฉพาะกับก๊าซอะตอมเดี่ยวเท่านั้น ตัวอย่างของก๊าซอะตอมเดี่ยว ได้แก่ ฮีเลียม (He) อาร์กอน (Ar) เป็นต้น นอกจากก๊าซอะตอมเดี่ยวแล้ว ยังมีก๊าซอะตอมคู่ด้วย ตัวอย่างของก๊าซอะตอมคู่ ได้แก่ ออกซิเจน (O₂ )ไนโตรเจน (N₂ )คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีก๊าซอะตอมหลายตัว เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂ )เป็นต้น ก๊าซอะตอมเดี่ยวประกอบด้วยอะตอมเพียงหนึ่งอะตอม ก๊าซอะตอมคู่ประกอบด้วยอะตอมสองอะตอม และก๊าซอะตอมหลายตัวประกอบด้วยอะตอมจำนวนมาก
ประการที่สามอุณหภูมิสัมบูรณ์ต้องแสดงในหน่วยเคลวิน (K) หากอุณหภูมิยังอยู่ในหน่วยเซลเซียส ( ° C) ให้แปลงเป็นหน่วยเคลวิน (K) ก่อน
ประการที่สี่สมการที่ 1 และสมการที่ 2 ข้างต้น ไม่เพียงใช้ได้กับสารที่เป็นก๊าซเท่านั้น แต่ยังใช้ได้กับสารที่เป็นของเหลวและก๊าซด้วย
ตัวอย่างปัญหา:
พลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงเส้นของโมเลกุลในแก๊สที่อุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส คือเท่าใด?
การอภิปราย
