Gāzu kinētiskā molekulārā teorija

gāzu kinētiskā teorija ir zinātnisks modelis, kas izskaidro gāzes fizisko izturēšanos kā molekulāro daļiņu kustību, kas veido gāzi. Šajā modelī submikroskopiskās daļiņas (atomi vai molekulas), kas veido gāzi, nepārtraukti pārvietojas nejauša kustība, pastāvīgi saduras ne tikai ar otru, bet arī ar jebkura tvertnes, kurā atrodas gāze, sāniem ietvaros. Tieši šī kustība rada tādas fizikālās gāzes īpašības kā siltums un spiediens.

Gāzu kinētisko teoriju sauc arī tikai par kinētiskā teorija, vai kinētiskais modelis, vai kinētiski-molekulārais modelis. To daudzējādā ziņā var pielietot arī šķidrumiem, kā arī gāzei. (Piemērs Brauna kustība, kas apskatīts turpmāk, šķidrumiem piemēro kinētisko teoriju.)

Grieķu filozofs Lukrecijs bija agrīnas atomisma formas piekritējs, kaut arī tas lielākoties notika vairākus gadsimtus izmests par labu gāzu fiziskam modelim, kas veidots uz darbu, kas nav saistīts ar atomu no Aristotelis. Bez teorijas par matēriju kā sīkām daļiņām kinētiskā teorija netika attīstīta šajā Aristotelja ietvarā.

Daniela Bernoulli darbs iepazīstināja kinētisko teoriju Eiropas auditorijai ar savu 1738. gada publikāciju Hidrodinamika. Tajā laikā pat tādi principi kā enerģijas taupīšana nebija ieviesti, un tāpēc liela daļa viņa pieeju netika plaši pieņemti. Nākamajā gadsimtā zinātnieki kinētisko teoriju sāka plaši izmantot kā daļu no aizvien pieaugošās tendences zinātniekiem, kuri izmanto mūsdienu uzskatu par matiem, kas sastāv no atomiem.

Viens no linhpīniem, kas eksperimentāli apstiprināja kinētisko teoriju, un atomisms ir vispārīgs, bija saistīts ar Brauna kustību. Tā ir šķidrumā suspendētu sīku daļiņu kustība, kas mikroskopā šķietami nejauši raustās. Apsveicamā 1905. gada rakstā Alberts Einšteins paskaidroja Brauna kustību kā nejaušas sadursmes ar daļiņām, kas veidoja šķidrumu. Šis dokuments bija Einšteina rezultāts promocijas darbs darbs, kurā viņš izveidoja difūzijas formulu, problēmai piemērojot statistiskās metodes. Līdzīgu rezultātu patstāvīgi veica poļu fiziķis Marians Smolučovskis, kurš savu darbu publicēja 1906. gadā. Kopā šie kinētiskās teorijas pielietojumi gāja tālu, lai atbalstītu ideju, ka šķidrumi un gāzes (un, iespējams, arī cietās vielas) sastāv no sīkām daļiņām.

Kinētiskā teorija ietver vairākus pieņēmumus, kas koncentrējas uz spēju runāt par ideāla gāze.

• Molekulu uzskata par punktveida daļiņām. Konkrēti, tas nozīmē, ka to lielums ir ārkārtīgi mazs, salīdzinot ar vidējo attālumu starp daļiņām.
• Molekulu skaits (N) ir ļoti liels, ja nav iespējams izsekot atsevišķu daļiņu uzvedību. Tā vietā tiek izmantotas statistikas metodes, lai analizētu visas sistēmas uzvedību.
• Katru molekulu uzskata par identisku jebkurai citai molekulai. Pēc dažādajām īpašībām tās ir savstarpēji aizvietojamas. Tas atkal palīdz atbalstīt domu, ka atsevišķas daļiņas nav jāseko līdzi un ka teorijas statistiskās metodes ir pietiekamas, lai izdarītu secinājumus un prognozes.
• Molekulām ir pastāvīga, nejauša kustība. Viņi pakļaujas Ņūtona kustības likumi.
• Sadursmes starp daļiņām un starp daļiņām un gāzes tvertnes sienām ir perfektas elastīgas sadursmes.
• Gāzu tvertņu sienas tiek uzskatītas par pilnīgi stingrām, nepārvietojas un ir bezgalīgi masīvas (salīdzinājumā ar daļiņām).

Šo pieņēmumu rezultāts ir tāds, ka tvertnē ir gāze, kas nejauši pārvietojas tvertnes iekšpusē. Kad gāzes daļiņas saduras ar tvertnes sāniem, tās atplūst no tvertnes sāniem perfekti elastīga sadursme, kas nozīmē, ka, ja tie sitīsies 30 grādu leņķī, tie atlēksies 30 grādu leņķī leņķis. To ātruma komponents perpendikulāri tvertnes sāniem maina virzienu, bet saglabā tādu pašu lielumu.

Gāzu kinētiskā teorija ir nozīmīga, jo iepriekš minēto pieņēmumu kopums liek mums iegūt ideālas gāzes likumu vai ideālas gāzes vienādojumu, kas attiecas uz spiedienu (lpp), tilpums (V) un temperatūra (T) Boltzmann konstantes izteiksmē (k) un molekulu skaits (N). Iegūtais ideālās gāzes vienādojums ir:

pV = NkT