Kinetická molekulární teorie plynů

kinetická teorie plynů je vědecký model, který vysvětluje fyzikální chování plynu jako pohyb molekulárních částic, které tvoří plyn. V tomto modelu se submikroskopické částice (atomy nebo molekuly), které tvoří plyn, neustále pohybují kolem náhodný pohyb, neustále se střetávající nejen s sebou, ale také se stranami jakéhokoli kontejneru, kterým je plyn v rámci. Právě tento pohyb má za následek fyzikální vlastnosti plynu, jako je teplo a tlak.

Kinetická teorie plynů se také nazývá jen kinetická teorie, nebo kinetický model, nebo kineticko-molekulární model. Může být také v mnoha ohledech aplikována na tekutiny i na plyn. (Příklad Brownův pohyb, diskutováno níže, aplikuje kinetickou teorii na tekutiny.)

Řecký filozof Lucretius byl zastáncem rané formy atomismu, i když to bylo do značné míry několik století vyřazeno ve prospěch fyzického modelu plynů postavených na nematické práci z Aristoteles. Bez teorie hmoty jako malých částic se kinetická teorie v tomto aristotelovském rámci nerozvinula.

Práce Daniel Bernoulli představil kinetickou teorii evropskému publiku s jeho 1738 publikací Hydrodynamika. V té době nebyly stanoveny ani zásady, jako je úspora energie, a tak mnoho jeho přístupů nebylo široce přijímáno. Přes příští století, kinetická teorie stala se více široce adoptovaná mezi vědci, jako součást rostoucího trendu k vědcům přijímat moderní pohled na hmotu jak složený z atomů.

Jeden z lynchpinů experimentálně potvrzujících kinetickou teorii a atomismus je obecný, souvisí s Brownovým pohybem. Toto je pohyb malé částice suspendované v kapalině, která se pod mikroskopem zdá, že se náhodně trhá. V uznávaném papíru z roku 1905 Albert Einstein vysvětlil Brownův pohyb z hlediska náhodných srážek s částicemi, které tvořily kapalinu. Tento dokument byl výsledkem Einsteinovy disertační práce práce, kde vytvořil difúzní vzorec pomocí statistických metod k problému. Podobný výsledek nezávisle provedl polský fyzik Marian Smoluchowski, který publikoval svou práci v roce 1906. Společně tyto aplikace kinetické teorie vedly dlouhou cestu k podpoře myšlenky, že kapaliny a plyny (a pravděpodobně také pevné látky) jsou složeny z malých částic.

Kinetická teorie zahrnuje řadu předpokladů, které se zaměřují na schopnost mluvit o ideální plyn.

• Molekuly jsou zpracovány jako bodové částice. Konkrétně je jedním důsledkem toho, že jejich velikost je extrémně malá ve srovnání s průměrnou vzdáleností mezi částicemi.
• Počet molekul (N) je velmi velká, pokud není možné sledovat chování jednotlivých částic. Místo toho se používají statistické metody k analýze chování systému jako celku.
• Každá molekula je ošetřena jako identická s jakoukoli jinou molekulou. Jsou zaměnitelné, pokud jde o jejich různé vlastnosti. To opět pomáhá podpořit myšlenku, že jednotlivé částice nemusí být sledovány, a že statistické metody teorie jsou dostačující k závěru a předpovědím.
• Molekuly jsou v neustálém náhodném pohybu. Poslouchají Newtonovy zákony pohybu.
• Srážky mezi částicemi a mezi částicemi a stěnami nádoby na plyn jsou dokonale elastické srážky.
• Stěny nádob na plyny jsou považovány za dokonale tuhé, nepohybují se a jsou nekonečně masivní (ve srovnání s částicemi).

Výsledkem těchto předpokladů je, že v nádobě je plyn, který se v kontejneru náhodně pohybuje. Když se částice plynu srazí se stranou nádoby, odrazí se ze strany nádoby v a dokonale elastická kolize, což znamená, že pokud udeří v úhlu 30 stupňů, odrazí se ve 30 stupních úhel. Složka jejich rychlosti kolmá na stranu kontejneru mění směr, ale zachovává stejnou velikost.

Kinetická teorie plynů je významná v tom, že nás výše uvedená domněnka vede k odvození ideálního zákona o plynech nebo rovnice ideálních plynů, která souvisí s tlakem (str), objem (PROTI) a teplota (T), pokud jde o Boltzmannovu konstantu (k) a počet molekul (N). Výsledná ideální rovnice plynu je:

pV = NkT