עפעקטיווע גאז גיכקייט

אין דער אטמאספערע פון ​​פלאנעט ערד איז נישטא קיין פרייער העליום און וואסערשטאף גאז. עס איז נאר דא שטיקשטאף (78%), זויערשטאף (21%), ארגאן (0,90%), קוילן דיאקסייד, אא"וו. די אטמאספערע פון ​​ווענוס איז כמעט אינגאנצן קוילן דיאקסייד (CO2 ₎ . יופיטער'ס אטמאספערע האט אסאך פרייען העליום און וואסערשטאף. דער לבנה האט נישט קיין אטמאספערע. פארוואס איז דער טיפ אטמאספערע פון ​​יעדן פלאנעט אנדערש? פארוואס איז נישטא קיין פרייער העליום און וואסערשטאף אין דער ערד'ס אטמאספערע?

וואָרצל מיטל קוואַדראַט גיכקייט

וואָרצל דורכשניטלעך קוואַדראַט גיכקייט = וואָרצל דורכשניטלעך קוואַדראַט = v _rms . מיר קענען דעריווען די v _rms גלייכונג דורך ענדערן די טעמפּעראַטור און קינעטיש ענערגיע גלייכונגען אין טראַנסלאַציאָנעלע.

אינפֿאָרמאַציע:

v _rms = וואָרצל מיטל קוואַדראַט גיכקייט אָדער גיכקייט (m/s)

k = באָלצמאַן קאָנסטאַנט n (k = 1,38 x 10 ^‐23 J/K)

ט = אַבסאָלוטע טעמפּעראַטור (ק = קעלווין)

עם = מאַסע (קג)

אינפֿאָרמאַציע:

v rms = וואָרצל מיטל קוואַדראַט גיכקייט אָדער גיכקייט (m/s)

R = אוניווערסאַלע גאַז קאָנסטאַנט (R = 8,315 דזש/מאָל.ק = 8315 קדזש/קמאָל.ק)

NA = נומער פון מאלעקולן פּער מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA = 6,02 x 1023 ^/ מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל)

ט = טעמפּעראַטור (ק)

M = מאָלעקולאַרע מאַסע = מאָלאַרע מאַסע (קג/קמאָל אָדער גראַם/מאָל)

די v rms דערייווד אויבן איז די דורכשניטלעכע גיכקייט פון מאלעקולן אין א גאז. עטלעכע מאלעקולן האבן גיכקייטן גרעסער ווי v rms, בשעת אנדערע האבן גיכקייטן קלענער ווי v rms. אין 1859, האט דזשיימס קלערק מאַקסוועלל (1831–1879) טעאָרעטיש אנטדעקט די פארטיילונג פון מאלעקולארע גיכקייטן אין א גאז. מאַקסוועללס מאלעקולארע גיכקייט פארטיילונג איז געווען דערייווד פון קינעטישע טעאריע, און איז דעריבער מער גענוי פאר אידעאלע גאז מאלעקולן. מאַקסוועללס מאלעקולארע גיכקייט פארטיילונג דערשיינט ווי געוויזן אין דער גראַפיק אונטן.

אין 1920, האבן עטלעכע וויסנשאפטלער דורכגעפירט עקספערימענטן צו אויספארשן די שנעלקייט פארשפרייטונג פון עכטע גאז מאלעקולן. עס האט זיך ארויסגעשטעלט אז די שנעלקייט פארשפרייטונג פון עכטע גאז מאלעקולן געפונען דורך די עקספערימענטן איז געווען פונקט די זעלבע ווי מאקסוועל'ס געפינסן.

ווען די גאז געדיכטקייט איז גענוג הויך, שטימט די עקספּערימענטאַל באַקומענע גיכקייט פאַרשפּרייטונג פון פאַקטישע גאַז מאַלעקולן נישט מיט דער טעאָרעטישער גיכקייט פאַרשפּרייטונג דערייווד דורך מאַקסוועלל. אַזוי, מאַקסוועלס פאַרשפּרייטונג, באַזירט אויף דער קינעטיקער טעאָריע פון ​​גאַזן ניצנדיק ניוטאָנישע מעכאַניק, איז באַגרענעצט. די גיכקייט פאַרשפּרייטונג פון גאַז מאַלעקולן ביי הויכע געדיכטקייטן קען מען דערקלערן דורך קוואַנטום פּרינציפּן.

די פארטיילונג פון דער ראטע פון ​​עכטע גאז מאלעקולן באקומען דורך דעם עקספערימענט קוקט אויס ווי די פיגור אונטן.

די פיגור ווייזט די פארטיילונג פון דער שנעלקייט פון עכטע גאז מאלעקולן פאר צוויי פארשידענע טעמפעראטורן. די גראף פון דער פארטיילונג פון דער שנעלקייט פון מאלעקולן באקומען דורך דעם עקספערימענט פאסט צו דער v rms גלייכונג אויבן (v rms איז גלייך פראפארציאנעל צו טעמפעראטור). ווייל v rms איז גלייך פראפארציאנעל צו טעמפעראטור, ווען די טעמפעראטור שטייגט (T₂), די מאָלעקולאַרע ראַטע פאַרשפּרייטונג קורווע ריקט זיך ווייטער צו רעכטס (v rms ווערט גרעסער). EA (אַקטיוואַציע ענערגיע) איז די מינימום קינעטישע ענערגיע וואָס איז נויטיק כּדי אַ כעמישע רעאַקציע זאָל פּאַסירן.

פֿון דער גראַפֿיק אויבן, זעט אויס אַז ווי העכער די טעמפּעראַטור, אַלץ מער מאָלעקולן האָבן קינעטישע ענערגיע גרעסער ווי די אַקטיוואַציע ענערגיע (EA). דאָס איז פאַרוואָס ווי העכער די טעמפּעראַטור, אַלץ שנעלער די כעמישע רעאַקציע. ווי העכער די טעמפּעראַטור, אַלץ גרעסער די קינעטישע ענערגיע פֿון די מאָלעקולן. ווײַל די מאָלעקולן האָבן אַ הויכע קינעטישע ענערגיע, ווען זיי קאָלידירן, קענען זיי זיך צוזאַמענקלעפּן.

בייַשפּיל קשיא 1:

באַשטימען דעם rms v פון אַ שטיקשטאָף מאָלעקול (N2 ₎ אין לופט ביי אַ טעמפּעראַטור פון 20 ^oC (מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​שטיקשטאָף = 28 גראַם/מאָל = 28 ק"ג/קמאָל)

דיסקוסיע

k = 1,38 x 10-23 ^דזש /ק = 1,38 x ^10-23 (קג מ² ^/ ס² ⁾ /ק

ט = 20 ^° C + 273 = 293 ק

מאָלאַרע מאַסע אָדער מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​N2 ₍ M) = 2 x 14 u = 2 x14 גראַם/מאָל = 28 גראַם/מאָל = 28 ק"ג/קמאָל (אַטאָמישע מאַסע פון ​​N = 14 u. זעט פּעריִאָדישע טאַבעלע פון ​​עלעמענטן)

נומער פון מאלעקולן/מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA) = 6,02 x 1023 ^/ מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל

מאַסע פון ​​ניטראָגען (מ) = ?

ניטראָגען rms ראַטע (v rms) = ?

 

בייַשפּיל קשיא 2:

באַשטימען די rms v פון העליום (He) אין לופט ביי אַ טעמפּעראַטור פון 20 ^oC …. (מאָלעקולאַר מאַסע פון ​​העליום = 4 גראַם/מאָל = 4 קג/קמאָל)

דיסקוסיע

k = 1,38 x 10 ^‐23 דזש/ק

ט = 20 ^° C + 273 = 293 ק

מאָלאַרע מאַסע/מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​He (M) = 4 u = 4 גראַם/מאָל = 4 ק"ג/קמאָל (אַטאָמישע מאַסע פון ​​He = 4 u. זעט פּעריִאָדישע טאַבעלע פון ​​עלעמענטן)

נומער פון מאלעקולן/מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA) = 6,02 x 1023 ^/ מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל

מאַסע הע (מ) = ?

RMS ראטע He (v rms) = ?

בייַשפּיל קשיא 3:

באַשטימען די rms v פון וואַסערשטאָף (H2 ₎ אין לופט ביי אַ טעמפּעראַטור פון 20 ^oC …. (מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​וואַסערשטאָף = 2 גראַם/מאָל = 4 קג/קמאָל)

דיסקוסיע

k = 1,38 x 10 ^‐23 דזש/ק

ט = 20 ^° C + 273 = 293 ק

מאָלאַרע מאַסע/M מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​וואַסערשטאָף (M) = 2 x 1 u = 2 u = 2 גראַם/מאָל = 2 ק"ג/קמאָל (אַטאָמישע מאַסע פון ​​H = 1 u. זעט פּעריִאָדישע טאַבעלע פון ​​עלעמענטן)

נומער פון מאלעקולן/מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA) = 6,02 x 1023 ^/ מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל

מאַסע פון ​​H2 ₍ m) = ?

RMS ראטע פון ​​H2 ₍ v rms) = ?

בייַשפּיל קשיא 4:

באַשטימען די רמס ראַטע פון ​​זויערשטאָף מאַלעקולן (O2 ₎ אין לופט ביי אַ טעמפּעראַטור פון 20 ^oC . (מאָלעקולאַר מאַסע פון ​​O2 ₌ 32 גראַם/מאָל = 44 קג/קמאָל)

דיסקוסיע

k = 1,38 x 10 ^‐23 דזש/ק

ט = 20 ^° C + 273 = 293 ק

מאָלאַרע מאַסע/מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​זויערשטאָף (M) = 2 x 16 u = 32 u = 32 גראַם/מאָל = 32 ק"ג/קמאָל (אַטאָמישע מאַסע O = 16 u. זעט פּעריִאָדישע טאַבעלע פון ​​עלעמענטן)

נומער פון מאלעקולן/מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA) = 6,02 x 1023 ^/ מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל

מאַסע פון ​​O2 ₍ m) = ?

RMS ראטע פון ​​H2 ₍ v rms) = ?

בייַשפּיל קשיא 5:

_{באַשטימען די rms ראַטע פון ​​קאַרבאָן דייאַקסייד ( CO2} ) מאַלעקולן אין לופט ביי אַ טעמפּעראַטור פון 20 ^oC . (מאָלעקולאַר מאַסע פון ​​CO2 ₌ 44 גראַם/מאָל = 44 קג/קמאָל)

דיסקוסיע

k = 1,38 x 10-23 ^דזש /ק = 1,38 x ^10-23 (קג מ² ^/ ס² ⁾ /ק

ט = 30 ^° C + 273 = 293 ק

מאָלאַרע מאַסע/מאָלעקולאַרע מאַסע פון ​​CO2 ₍ M) = 12 u + (2 x 16 u) = 12 u + 32 u = 44 u = 44 גראַם/מאָל = 44 ק"ג/קמאָל (אַטאָמישע מאַסע C = 12 u, אַטאָמישע מאַסע O = 16 u. זעט די פּעריִאָדישע טאַבעלע פון ​​עלעמענטן)

נומער פון מאלעקולן/מאָל = אַוואָגאַדראָ'ס נומער (NA ₎ = 6,02 x ¹⁰²³ /מאָל = 6,02 x ¹⁰²⁶ /קמאָל

מאַסע פון ​​CO2 ₍ m) = ?

_CO2 rms ראטע (v rms) = ?

v rms פון עטלעכע טייפּס פון גאַז

איצט לאָמיר פֿאַרגלײַכן די rms v פֿון עטלעכע טיפּן גאַזן:

v rms וואַסערשטאָף (H2 ₎ = 1917 מ/ס = 1,92 קילאָמעטער/ס (ביי 20 ^oC )

v rms העליום (He) = 1355,7 m/s = 1,36 km/s (ביי א טעמפעראטור פון 20 ^oC )

v rms שטיקשטאָף (N2 ₎ = 510,75 מ/ס = 0,51 ק״מ/ס (ביי א טעמפּעראַטור פון 20 ^oC )

v rms זויערשטאָף (O2 ₎ = 478,4 מ/ס = 0,48 ק״מ/ס (ביי א טעמפּעראַטור פון 20 ^oC )

v rms קוילן דייאַקסייד (CO2 ₎ = 407,6 מ/ס = 0,41 ק״מ/ס (ביי א טעמפעראטור פון 20 ^° C)

דער גאַז מיט דער העכסטער rms גיכקייט איז וואַסערשטאָף, און דער נידעריגסטער איז קוילן דייאַקסייד. איצט פאַרגלייכט דאָס מיט דער אַנטלויפֿונג גיכקייט אויף דער ערד'ס ייבערפלאַך (אַנטלויפֿונג גיכקייט = 11,2 קילאָמעטער/סעק.). אַנטלויפֿונג גיכקייט איז די מינימום גיכקייט וואָס איז נויטיק פֿאַר אַן אָביעקט צו אַנטלויפֿן פֿון דער ערד'ס גראַוויטאַציאָנעלער פֿעלד.

אויב די v rms פון גאז מאלעקולן איז נאר 1/6 מאל די אנטלויף גיכקייט (1/6 x 11,2 ק"מ/ס = 1,86 ק"מ/ס), דאן זענען דא גאנץ א סך גאז מאלעקולן וועמענס גיכקייט איז גרעסער ווי די אנטלויף גיכקייט (געדענקט די פארטיילונג פון מאלעקולארע גיכקייטן וואס איז דערקלערט געווארן אויבן). ביי א טעמפעראטור פון 20 ^oC , v rms וואסערשטאף גאז = 1,92 ק"מ/ס (> 1,86 ק"מ/ס). דערווייל, v rms פון העליום גאז ביי א טעמפעראטור פון 20 ^oC = 1,36 ק"מ/שעה (נאענט צו 1,86 ק"מ/ס). דאס איז ביי א טעמפעראטור פון 20 ^oC.

וואָס העכער די טעמפּעראַטור, אַלץ העכער דער RMS ווערט. וואָס העכער דער RMS ווערט, אַלץ גרעסער די שאַנס צו אַנטלויפֿן פֿון דער ערד'ס גראַוויטאַציאָנעלער פֿעלד. דאָס איז די סיבה פֿאַרוואָס פֿרײַער העליום און וואַסערשטאָף זענען נישטאָ אין דער ערד'ס אַטמאָספֿערע.

די גרייס פון א פלאנעט'ס אנטלויף-געשווינדיקייט און די rms גיכקייט פון גאז מאלעקולן באשטימען דעם טיפ אטמאספערע וואס א פלאנעט אדער סאטעליט האט. די אנטלויף-געשווינדיקייט פון ווענוס איז 10,3 קילאָמעטער/סעקונדע. די rms גיכקייט פון CO2 _איז אזוי קליין אז עס איז שווער פאר איר צו אנטלויפן פון ווענוס'ס אטמאספערע. דערווייל, יופיטער'ס אנטלויף-געשווינדיקייט איז 60 קילאָמעטער/סעקונדע, וואס איז גאנץ גרויס צוליב יופיטער'ס גרויסן דיאמעטער. דעריבער, קענען וואסערשטאף און העליום נישט אנטלויפן יופיטער'ס גראוויטאציאנאלן פעלד.