Kinetická molekulárna teória plynov

kinetická teória plynov je vedecký model, ktorý vysvetľuje fyzikálne správanie plynu ako pohyb molekulárnych častíc tvoriacich plyn. V tomto modele sa submikroskopické častice (atómy alebo molekuly), ktoré tvoria plyn, neustále pohybujú náhodný pohyb, neustále sa zrážajúci nielen navzájom, ale aj so stranami akejkoľvek nádoby, v ktorej je plyn vnútri. Tento pohyb má za následok fyzikálne vlastnosti plynu, ako je teplo a tlak.

Kinetická teória plynov sa nazýva len kinetická teória, alebo kinetický model, alebo kineticko-molekulárny model. Môže sa tiež mnohými spôsobmi aplikovať na tekutiny, ako aj na plyn. (Príklad Brownov pohyb, diskutované nižšie, aplikuje kinetickú teóriu na tekutiny.)

Grécky filozof Lucretius bol zástancom ranej formy atomizmu, hoci to bolo do značnej miery vyradené niekoľko storočí v prospech fyzického modelu plynov vybudovaných na nematickej práci z Aristoteles. Bez teórie hmoty ako malých častíc sa kinetická teória v tomto aristotelovom rámci nerozvinula.

Práca Daniela Bernoulliho predstavila kinetickú teóriu európskemu publiku s jeho publikáciou z roku 1738 Hydrodynamika. V tom čase sa ešte nestanovili ani zásady, ako je úspora energie, a tak sa veľa jeho prístupov neprijalo široko. V priebehu budúceho storočia sa kinetická teória rozšírila medzi vedcov ako súčasť rastúceho trendu smerom k vedcom, ktorí prijali moderný pohľad na hmotu zloženú z atómov.

Jeden z lynpínov v experimentálnom potvrdení kinetickej teórie a atomizmus je všeobecný, súvisel s Brownovým pohybom. Toto je pohyb malej častice suspendovanej v tekutine, ktorá sa pod mikroskopom javí ako náhodná šklbanie. V uznávanom dokumente z roku 1905 Albert Einstein vysvetlil Brownov pohyb z hľadiska náhodných zrážok s časticami, ktoré zložili tekutinu. Tento dokument bol výsledkom Einsteinovej správy dizertačná práca prácu, kde vytvoril difúzny vzorec pomocou štatistických metód na problém. Podobný výsledok nezávisle vykonal poľský fyzik Marian Smoluchowski, ktorý publikoval svoju prácu v roku 1906. Spoločne tieto aplikácie kinetickej teórie viedli dlhú cestu, aby podporili myšlienku, že kvapaliny a plyny (a pravdepodobne tiež pevné látky) sú zložené z malých častíc.

Kinetická teória zahŕňa množstvo predpokladov, ktoré sa zameriavajú na to, aby bolo možné hovoriť o ideálny plyn.

• Molekuly sa spracovávajú ako bodové častice. Konkrétne je jedným dôsledkom toho, že ich veľkosť je v porovnaní s priemernou vzdialenosťou medzi časticami extrémne malá.
• Počet molekúl (N) je veľmi veľká, pokiaľ nie je možné sledovať správanie jednotlivých častíc. Namiesto toho sa na analýzu správania systému ako celku používajú štatistické metódy.
• Každá molekula je považovaná za identickú s akoukoľvek inou molekulou. Sú zameniteľné z hľadiska rôznych vlastností. To opäť pomáha podporovať myšlienku, že jednotlivé častice nemusia byť sledované a že štatistické metódy teórie sú dostatočné na to, aby sa dospelo k záverom a predpovediam.
• Molekuly sú v konštantnom náhodnom pohybe. Poslúchajú Newtonove zákony pohybu.
• Zrážky medzi časticami a medzi časticami a stenami nádoby na plyn sú dokonale elastické zrážky.
• Steny kontajnerov s plynmi sa považujú za úplne tuhé, nepohybujú sa a sú nekonečne masívne (v porovnaní s časticami).

Výsledkom týchto predpokladov je, že v nádobe je plyn, ktorý sa v nádobe náhodne pohybuje. Keď sa častice plynu zrazia so stranou zásobníka, odrazia sa zo strany zásobníka v a dokonale elastická kolízia, čo znamená, že ak narazia v uhle 30 stupňov, odrazia sa v uhle 30 stupňov uhol. Zložka ich rýchlosti kolmá na stranu kontajnera mení smer, ale zachováva si rovnakú veľkosť.

Kinetická teória plynov je významná v tom, že skupina predpokladov uvedených vyššie nás vedie k odvodeniu zákona o ideálnom plyne alebo rovnici ideálneho plynu, ktorá sa týka tlaku (p), objem (V) a teplota (T), čo sa týka Boltzmannovej konštanty (k) a počet molekúl (N). Výsledná ideálna rovnica plynu je:

pV = NKT