気体の動力学理論は、気体の熱力学的挙動の単純で古典的なモデルです。多くの基本的な熱力学的概念を確立し、歴史的にも重要です。
この理論モデルを使用して、ガス分子の作用と反応、およびガスの熱力学的挙動を研究します。このモデルは、ガスの組成を超顕微鏡的な粒子 (原子または分子) で表します。ガス分子のサイズは、それらの間の距離に比べて非常に小さいと仮定しています。ガス分子は常にランダムな動きをしているため、分子間または容器の壁と衝突します。これによりプレッシャーが生まれます
これらの気体分子には、質量、運動量、エネルギーなどのすべての標準的な物理量が含まれているため、密度、運動量、圧力も持っています
基本的な重要なフォーミュラ
密度 (ρ):ガス分子の質量の合計/ガス分子の総体積
圧力 (P):力/面積
定義
19 世紀、イギリスの科学者ジェームズ クラーク マクスウェルとオーストリアの物理学者ルートヴィヒ ボルツマンがこの理論を開拓し、現代科学における最も重要な概念の 1 つになりました。 気体の動力学理論 圧力や温度などの気体の巨視的な特性を、速度や運動エネルギーなどの気体分子の巨視的な特性に関連付けます。
理想気体の動力学理論
理想気体中の原子は、互いにいかなる種類の力も及ぼしませんが、代わりに容器の壁と衝突します。実験は、理想気体の法則が理想気体の圧力、体積、温度、およびモル数を関連付けることができることを証明しています:
PV =nRT、
ここで、R は普遍気体定数とも呼ばれる定数です。
重要なこと:
<オール>n =サンプルの質量/ガスの分子質量
気体の動力学理論における仮定
- 構成 :ガスは多数の原子と分子で構成されています。
- 質量点 :原子と分子はほぼポイント サイズであり、質量が非常に小さいため、体積が小さくなります。
- 引力ゼロ :ガス粒子は独立しており、その間に引力はありません。
- ガスの量 :ガスは、大小を問わず容器の形をとるので、容器の体積を持つと見なされます。
- 運動エネルギー :ガス粒子は常にランダムな運動をしているため、ある程度の運動エネルギーを持っています。運動エネルギーは温度に比例することがわかっています .
- エネルギー/運動量の保存:ガス分子内で起こる衝突は完全に弾性的です。つまり、エネルギーの損失はありません。したがって、エネルギーと運動量は常に保存されます。
- 加えられる圧力:分子の内部で起こる衝突も、容器の壁に圧力をかける傾向があります。この圧力は、単位面積あたりの力と同じです。
- 平均自由行程:粒子が別の粒子に出会うまでの平均距離は、平均自由行程と呼ばれます。数学的には、平均自由行程は次のように表すことができます:
λ = 分 /√2πd²P
気体の動力学理論の仮定:
以下は、気体ポスチュレートの動力学理論の特徴です。 :
1- ガスの分子は小さく、離れたままです。ガスの体積の大部分は空間です。
2- ガス分子は常にランダムに動いています。一方向に移動する分子の数と反対方向に移動する分子の数は同じです。
3- 分子はコンテナの壁や互いに衝突する可能性があります。ガスの圧力は、壁との衝突によって決まります。
4- 分子が衝突しても運動エネルギーを失うことはありません。したがって、衝突は完全に弾性的であると言われています。分子に何らかの外部干渉がない限り、総運動エネルギーは一定のままです。
5- 衝突プロセス中を除いて、分子は互いに引力または反発力を持ちません。衝突の間、それらは直線で移動します。
実在気体は理想気体の法則に従わないため、分子相互作用と分子によって引き起こされた実在気体による偏差を修正するために、新しい式を作成する必要がありました。この方程式は、ファン デル ワールスの方程式と呼ばれていました。
P =RT/ V-b – a²/ V²
ここで、P =圧力
R =普遍気体定数
T =絶対温度
V =モル体積
b =ガス定数 b
a =ガス定数 a
結論
気体の動力学理論 分子の移動度という観点から、ガスの微視的な特徴を説明しています。分子は物質と同じ化学的性質を持つ最小単位であり、気体は分子と呼ばれる多数の類似した個別の粒子で構成されていると考えられています。圧力は、ガスが任意の表面と継続的に衝突することによって発生します。気体の密度が高いほど、分子と表面の間の衝突回数が多くなり、圧力が大きくなります。
1860 年代から 1880 年代にかけて、マクスウェル、ボルツマン、クラウジウスが運動理論の要素を作成しました。気体、固体、液体には動力学的理論があります。 気体の動力学理論 拡散メカニズムが粒子を捕捉する方法を理解するために不可欠です。
