www.wikidata.uk-ua.nina.az

Кінетична теорія газів теорія що пояснює властивості ідеального газу в основі якої лежать такі припущення газ є ідеальни

Кінетична теорія

Кінетична теорія (газів) — теорія, що пояснює властивості ідеального газу, в основі якої лежать такі припущення:

  • газ є ідеальним;
  • молекули газу мають нехтувально малі розміри, невпинно рухаються і пружно вдаряються одна в одну чи в поверхню;
  • середня кінетична енергія частинок газу є прямо пропорційною термодинамічній температурі газу.
Температура ідеального газу пропорційна середній кінетичній енергії його частинок. Показано, що розмір атомів гелію по відношенню до їх відстані досягає тиску 1950 атмосфер. Середня швидкість атомів відносно їхнього розміру сповільнена у два трильйона разів порівняно з кімнатною температурою.

Використовується в хімічній кінетиці.

Загальна характеристика Редагувати

Розділ статистичної механіки, що описує властивості ідеальних газів за допомогою функції розподілу. Наприклад, для опису макроскопічних властивостей ідеального газу використовується частинкова модель, у якій газ трактується як ансамбль матеріальних точок або твердих кульок знехтовно малих розмірів, що рухаються хаотично, між ними немає взаємодії, а їх удари є пружними (при зіткненнях розлітаються по прямих лініях). Використовуючи ці припущення, можна вивести рівняння стану ідеального газу, правило розподілу Максвела — Больцмана, вираз для середнього вільного пробігу тощо.

Історія Редагувати

В 1738 Даніель Бернуллі опублікував книгу Гідродинаміка, в якій висловив ідею, що газ складається з великого числа молекул, що хаотично рухаються в усіх напрямках, а зіткнення цих молекул з поверхнею спричиняє тиск. Тепло, яке ми відчуваємо, на думку Бернуллі зумовлене рухом частинок. Теорія Бернуллі не утвердилася, оскільки на той час ще не було відкрито багатьох законів механіки, зокрема закону збереження енергії, і навіть поняття енергії склалося набагато пізніше.

Іншими піонерами кінетичної теорії були Михайло Ломоносов, Жорж-Луї Лесаж, Джон Герапат[en], Джон Джеймс Вотерстон[en]. Просту послідовну кінетичну теорію газу створив у 1856 Август Крьоніг[en]. У 1857 Рудольф Клаузіус незалежно побудував складнішу теорію, яка враховувала не тільки поступальний, а й обертовий та коливальний рух молекул. Він же запровадив поняття довжини вільного пробігу частинки.

У 1859 Джеймс Клерк Максвелл отримав розподіл молекул за швидкостями, який стали називати розподілом Максвела. У 1871 році Людвіг Больцман узагальнив цей розподіл на випадок частинок у зовнішньому полі, отримавши розподіл Максвелла — Больцмана. Больцман зробив також основний вклад у формулювання статистичної механіки, постулювавши логарифмічну залежність між ентропією та числом мікроскопічних станів термодинамічної системи.

Однак ще до початку 20 ст. існування атомів фізична спільнота розглядала тільки як гіпотезу. Важливим поворотним пунктом стала побудова теорії броунівського руху Альбертом Ейнштейном та Мар'яном Смолуховським.

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії Редагувати

Молекулярно-кінетична теорія виходить із того, що речовина, зокрема газ складається з великої кількості мікроскопічних частинок (молекул), які рухаються хаотично. Частинки стикаються між собою та зі стінками посудини, створюючи на ці стінки тиск. Усі зіткнення вважаються пружними, тобто проходять без втрати енергії. Середня кінетична енергія руху частинок залежить від температури.

Середня кінетична енергія руху молекули

де m — маса частинки, v — її швидкість,  — стала Больцмана, T — температура.

Середня швидкість частинок у газі дорівнює

де R — універсальна газова стала,  — молярна маса.

Тиск газу на стінки посудини визначається з того міркування, що при пружньому відбитті частинки від стінки, зміна її імпульсу дорівнює , де  — перпендикулярна до стінки складова швидкості. Підрахувавши переданий за час імпульс, і прирівнявши його до імпульсу сили для тиску отримуємо

де n — кількість частинок в одиничному об'ємі.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії Редагувати

Основні положення МКТ речовини:

Молекули — найменші частинки, які мають хімічні властивості речовини. Молекули складаються з простіших частинок — атомів хімічних елементів. У природі є 92 хімічні елементи. Разом із штучними наразі налічується 105 елементів.

Речовину, яка побудована з атомів лише одного виду, називають елементом (водень, кисень, азот тощо). Кожен елемент має свій номер Z в таблиці Менделєєва. Число Z визначає кількість протонів у ядрах атомів і електронів, що рухаються в атомі навколо ядра.

Під час нагрівання речовини швидкість теплового руху і кінетична енергія його частинок збільшуються, а під час охолодження зменшуються. Ступінь нагрітості тіла характеризує його температура, яка є мірою середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху молекул цього тіла.

Молекули різних речовин по-різному взаємодіють одна з одною. Ця взаємодія залежить від типу молекул і відстані між ними. Залежно від характеру руху і взаємодії молекул розрізняють три стани речовини: твердий, рідкий, газоподібний (плазма).

Плазма — сильно іонізований газ (повітря), під дією високих температур. Для газів характерні великі міжмолекулярні відстані, малі сили притягання, тому гази можуть необмежено розширюватись. Молекули газу хаотично рухаються, співударяються одна з одною і зі стінками посудини.

У рідинах молекули розміщені тісно і коливаються навколо положення рівноваги, а також перескакують з одного рівноважного положення в інше (ближній порядок).

У твердих тілах сили взаємодії кожної молекули із сусідніми настільки великі, що молекула здійснює малі коливання навколо деякого сталого положення рівноваги — вузла кристалічних ґрат — дальній порядок.

Підтвердження Редагувати

Молекулярно-кінетичну теорію речовини підтверджено такими дослідами і спостереженнями:

  • дослід із змішуванням рідин;
  • дослід із розчиненням твердих речовин в рідинах;
  • спостереження над стисливістю речовин;
  • деформації твердих тіл;
  • броунівський рух;
  • спостереження дифузії;
  • зображення окремих молекул, отримані за допомогою іонного проектора, електронного мікроскопа;
  • рентгеноструктурний аналіз речовин;
  • спостереження космосу.

Див. також Редагувати

  • Дослід Штерна

Джерела Редагувати

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
  • Кикоин А.К., Кикоин И.К. (1976). Молекулярная физика (російська). Москва: Наука. 
  • Молекулярна фізика.. Бібліографія. [ 1 грудня 2011 у Wayback Machine.]

Посилання Редагувати

Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Kinetichna teoriya gaziv teoriya sho poyasnyuye vlastivosti idealnogo gazu v osnovi yakoyi lezhat taki pripushennya gaz ye idealnim molekuli gazu mayut nehtuvalno mali rozmiri nevpinno ruhayutsya i pruzhno vdaryayutsya odna v odnu chi v poverhnyu serednya kinetichna energiya chastinok gazu ye pryamo proporcijnoyu termodinamichnij temperaturi gazu Temperatura idealnogo gazu proporcijna serednij kinetichnij energiyi jogo chastinok Pokazano sho rozmir atomiv geliyu po vidnoshennyu do yih vidstani dosyagaye tisku 1950 atmosfer Serednya shvidkist atomiv vidnosno yihnogo rozmiru spovilnena u dva triljona raziv porivnyano z kimnatnoyu temperaturoyu Vikoristovuyetsya v himichnij kinetici Zmist 1 Zagalna harakteristika 2 Istoriya 3 Osnovne rivnyannya molekulyarno kinetichnoyi teoriyi 4 Osnovni polozhennya molekulyarno kinetichnoyi teoriyi 5 Pidtverdzhennya 6 Div takozh 7 Dzherela 8 PosilannyaZagalna harakteristika RedaguvatiRozdil statistichnoyi mehaniki sho opisuye vlastivosti idealnih gaziv za dopomogoyu funkciyi rozpodilu Napriklad dlya opisu makroskopichnih vlastivostej idealnogo gazu vikoristovuyetsya chastinkova model u yakij gaz traktuyetsya yak ansambl materialnih tochok abo tverdih kulok znehtovno malih rozmiriv sho ruhayutsya haotichno mizh nimi nemaye vzayemodiyi a yih udari ye pruzhnimi pri zitknennyah rozlitayutsya po pryamih liniyah Vikoristovuyuchi ci pripushennya mozhna vivesti rivnyannya stanu idealnogo gazu pravilo rozpodilu Maksvela Bolcmana viraz dlya serednogo vilnogo probigu tosho Istoriya RedaguvatiV 1738 Daniel Bernulli opublikuvav knigu Gidrodinamika v yakij visloviv ideyu sho gaz skladayetsya z velikogo chisla molekul sho haotichno ruhayutsya v usih napryamkah a zitknennya cih molekul z poverhneyu sprichinyaye tisk Teplo yake mi vidchuvayemo na dumku Bernulli zumovlene ruhom chastinok Teoriya Bernulli ne utverdilasya oskilki na toj chas she ne bulo vidkrito bagatoh zakoniv mehaniki zokrema zakonu zberezhennya energiyi i navit ponyattya energiyi sklalosya nabagato piznishe Inshimi pionerami kinetichnoyi teoriyi buli Mihajlo Lomonosov Zhorzh Luyi Lesazh Dzhon Gerapat en Dzhon Dzhejms Voterston en Prostu poslidovnu kinetichnu teoriyu gazu stvoriv u 1856 Avgust Kronig en U 1857 Rudolf Klauzius nezalezhno pobuduvav skladnishu teoriyu yaka vrahovuvala ne tilki postupalnij a j obertovij ta kolivalnij ruh molekul Vin zhe zaprovadiv ponyattya dovzhini vilnogo probigu chastinki U 1859 Dzhejms Klerk Maksvell otrimav rozpodil molekul za shvidkostyami yakij stali nazivati rozpodilom Maksvela U 1871 roci Lyudvig Bolcman uzagalniv cej rozpodil na vipadok chastinok u zovnishnomu poli otrimavshi rozpodil Maksvella Bolcmana Bolcman zrobiv takozh osnovnij vklad u formulyuvannya statistichnoyi mehaniki postulyuvavshi logarifmichnu zalezhnist mizh entropiyeyu ta chislom mikroskopichnih staniv termodinamichnoyi sistemi Odnak she do pochatku 20 st isnuvannya atomiv fizichna spilnota rozglyadala tilki yak gipotezu Vazhlivim povorotnim punktom stala pobudova teoriyi brounivskogo ruhu Albertom Ejnshtejnom ta Mar yanom Smoluhovskim Osnovne rivnyannya molekulyarno kinetichnoyi teoriyi RedaguvatiDokladnishe Osnovne rivnyannya molekulyarno kinetichnoyi teoriyiMolekulyarno kinetichna teoriya vihodit iz togo sho rechovina zokrema gaz skladayetsya z velikoyi kilkosti mikroskopichnih chastinok molekul yaki ruhayutsya haotichno Chastinki stikayutsya mizh soboyu ta zi stinkami posudini stvoryuyuchi na ci stinki tisk Usi zitknennya vvazhayutsya pruzhnimi tobto prohodyat bez vtrati energiyi Serednya kinetichna energiya ruhu chastinok zalezhit vid temperaturi Serednya kinetichna energiya ruhu molekuli E 1 2 m v 2 3 2 k B T displaystyle bar E frac 1 2 m bar v 2 frac 3 2 k B T nbsp de m masa chastinki v yiyi shvidkist k B displaystyle k B nbsp stala Bolcmana T temperatura Serednya shvidkist chastinok u gazi dorivnyuye v v 2 3 k B T m 3 R T M displaystyle bar v sqrt bar v 2 sqrt frac 3k B T m sqrt frac 3RT M nbsp de R universalna gazova stala M displaystyle M nbsp molyarna masa Tisk gazu na stinki posudini viznachayetsya z togo mirkuvannya sho pri pruzhnomu vidbitti chastinki vid stinki zmina yiyi impulsu dorivnyuye 2 m v x displaystyle 2mv x nbsp de v x displaystyle v x nbsp perpendikulyarna do stinki skladova shvidkosti Pidrahuvavshi peredanij za chas D t displaystyle Delta t nbsp impuls i pririvnyavshi jogo do impulsu sili dlya tisku otrimuyemo P F S n m v x 2 1 3 n m v 2 displaystyle P frac F S nm bar v x 2 frac 1 3 nm bar v 2 nbsp de n kilkist chastinok v odinichnomu ob yemi Osnovni polozhennya molekulyarno kinetichnoyi teoriyi RedaguvatiOsnovni polozhennya MKT rechovini I Bud yaki rechovini mayut diskretnu pererivchastu budovu Voni skladayutsya z najdribnishih chastinok molekul i atomiv Pidtverdzhennyam diskretnosti ye prokatka kuvannya metalu otrimannya 1974 roku fotografiyi okremih molekul i atomiv rozchinnist rechovin tosho Molekuli najmenshi chastinki yaki mayut himichni vlastivosti rechovini Molekuli skladayutsya z prostishih chastinok atomiv himichnih elementiv U prirodi ye 92 himichni elementi Razom iz shtuchnimi narazi nalichuyetsya 105 elementiv Rechovinu yaka pobudovana z atomiv lishe odnogo vidu nazivayut elementom voden kisen azot tosho Kozhen element maye svij nomer Z v tablici Mendelyeyeva Chislo Z viznachaye kilkist protoniv u yadrah atomiv i elektroniv sho ruhayutsya v atomi navkolo yadra II Molekuli znahodyatsya v stani neperervnogo haotichnogo nevporyadkovanogo ruhu sho nazivayetsya teplovim i u zagalnomu vipadku ye sukupnistyu postupalnogo obertalnogo i kolivalnogo ruhiv Pid chas nagrivannya rechovini shvidkist teplovogo ruhu i kinetichna energiya jogo chastinok zbilshuyutsya a pid chas oholodzhennya zmenshuyutsya Stupin nagritosti tila harakterizuye jogo temperatura yaka ye miroyu serednoyi kinetichnoyi energiyi haotichnogo postupalnogo ruhu molekul cogo tila III Molekuli vzayemodiyut odna z odnoyu iz silami elektromagnitnoyi prirodi prichomu na velikih vidstanyah voni prityaguyutsya a na malih vidshtovhuyutsya Sili prityagannya i vidshtovhuvannya mizh molekulami diyut postijno Molekuli riznih rechovin po riznomu vzayemodiyut odna z odnoyu Cya vzayemodiya zalezhit vid tipu molekul i vidstani mizh nimi Zalezhno vid harakteru ruhu i vzayemodiyi molekul rozriznyayut tri stani rechovini tverdij ridkij gazopodibnij plazma Plazma silno ionizovanij gaz povitrya pid diyeyu visokih temperatur Dlya gaziv harakterni veliki mizhmolekulyarni vidstani mali sili prityagannya tomu gazi mozhut neobmezheno rozshiryuvatis Molekuli gazu haotichno ruhayutsya spivudaryayutsya odna z odnoyu i zi stinkami posudini U ridinah molekuli rozmisheni tisno i kolivayutsya navkolo polozhennya rivnovagi a takozh pereskakuyut z odnogo rivnovazhnogo polozhennya v inshe blizhnij poryadok U tverdih tilah sili vzayemodiyi kozhnoyi molekuli iz susidnimi nastilki veliki sho molekula zdijsnyuye mali kolivannya navkolo deyakogo stalogo polozhennya rivnovagi vuzla kristalichnih grat dalnij poryadok Pidtverdzhennya RedaguvatiMolekulyarno kinetichnu teoriyu rechovini pidtverdzheno takimi doslidami i sposterezhennyami doslid iz zmishuvannyam ridin doslid iz rozchinennyam tverdih rechovin v ridinah sposterezhennya nad stislivistyu rechovin deformaciyi tverdih til brounivskij ruh sposterezhennya difuziyi zobrazhennya okremih molekul otrimani za dopomogoyu ionnogo proektora elektronnogo mikroskopa rentgenostrukturnij analiz rechovin sposterezhennya kosmosu Div takozh RedaguvatiDoslid ShternaDzherela RedaguvatiGlosarij terminiv z himiyi J Opejda O Shvajka In t fiziko organichnoyi himiyi ta vuglehimiyi im L M Litvinenka NAN Ukrayini Doneckij nacionalnij universitet Doneck Veber 2008 758 s ISBN 978 966 335 206 0 Kikoin A K Kikoin I K 1976 Molekulyarnaya fizika rosijska Moskva Nauka Molekulyarna fizika Dovidnik z fiziki Molekulyarna fizika Vlastivosti gaziv i ridin Molekulyarna fizika Bibliografiya Arhivovano 1 grudnya 2011 u Wayback Machine Posilannya RedaguvatiKinetichna teoriya Fizichna kinetika Arhivovano 15 bereznya 2016 u Wayback Machine ESU nbsp Ce nezavershena stattya z fiziki Vi mozhete dopomogti proyektu vipravivshi abo dopisavshi yiyi Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Kinetichna teoriya amp oldid 37969828