가스의 동역학 이론은 가스의 열역학적 거동의 단순하고 고전적인 모델입니다. 그것은 많은 기본 열역학적 개념을 확립했으며 역사적으로 유의미합니다.
우리는이 이론적 모델을 사용하여 가스 분자의 작용과 반응과 가스의 열역학적 거동을 연구합니다. 이 모델은 서브 미세한 입자 (원자 또는 분자) 측면에서 가스의 조성을 설명합니다. 가스 분자의 크기는 이들 사이의 거리에 비해 매우 작다고 가정합니다. 가스 분자는 끊임없이 무작위로 움직이며, 따라서 그 자체 또는 용기의 벽과 충돌합니다. 이것은 압력 을 생성합니다 가스 분자들 사이.
이들 가스 분자는 질량, 운동량 및 에너지와 같은 모든 표준 물리적 수량을 포함하므로 밀도, 운동량 및 압력 도 갖는다. 이 모델의 기본 버전은 이상적인 가스를 설명하고 다른 입자 상호 작용을 고려하지 않습니다. 이 모델은 또한 브라운 운동과 같은 관련 현상을 고려합니다.
기본 중요한 공식
밀도 (ρ) :가스 분자량의 합계/ 가스 분자의 총 부피
압력 (P) :힘/ 면적
정의
19 세기 영국 과학자 제임스 서기 맥스웰과 오스트리아 물리학 자 루드비히 볼츠만은 이론을 개척했으며, 이는 현대 과학에서 가장 중요한 개념 중 하나가되었습니다. 가스의 동역학 이론 압력 및 온도와 같은 가스의 거시적 특성을 속도 및 운동 에너지와 같은 가스 분자의 거시적 특성에 연결합니다.
이상적인 가스의 동역학 이론
이상적인 가스의 원자는 서로 어떠한 유형의 힘도 가질 수는 없지만 대신 용기의 벽과 충돌합니다. 실험은 이상적인 가스 법칙이 압력, 부피, 온도 및 이상적인 가스의 두더지 수를 관련시킬 수 있음을 증명합니다.
pv =nrt,
r은 유니버설 가스 상수라고도 알려진 상수입니다.
- 모든 수량이 동일한 단위 시스템을 따라야합니다!
- 온도 (t)는 켈빈으로 표현되어야한다.
- n은 가스의 두더지 수를 나타냅니다.
n =가스의 샘플/분자 질량
가스의 동역학 이론에서의 가정
- 구성 :가스는 다수의 원자와 분자로 구성됩니다.
- 포인트 질량 :원자와 분자는 매우 작은 질량으로 거의 지점 크기이며 따라서 작은 부피입니다.
- 매력의 힘 :가스 입자는 독립적이며 그 사이에 매력이 없습니다.
- 가스의 양 :가스는 크고 작은 컨테이너 모양을 차지하므로 용기의 부피가 있다고 가정합니다.
- 운동 에너지 :가스 입자는 일정한 무작위 운동이므로 운동 에너지가 있습니다. 운동 에너지는 온도 에 비례하는 것으로 밝혀졌습니다. .
- 에너지/운동량의 보존 :가스 분자 내에서 발생하는 충돌은 완전히 탄력적입니다. 즉, 에너지 손실은 없습니다. 따라서 에너지와 운동량은 항상 보존되어 있습니다.
- 압력이 가해졌다 :분자 내부에서 발생하는 충돌은 또한 용기 벽에 압력을 가하는 경향이있다. 이 압력은 단위 면적당 힘과 같습니다.
- 평균 자유 경로 :다른 입자를 충족시키기 위해 입자로 덮인 평균 거리는 평균 자유 경로라고합니다. 수학적으로 평균 자유 경로는 로 표시 될 수 있습니다
λ = m /√2πd²p
가스의 동역학 이론의 가정 :
다음은 가스의 동역학 이론의 특성 입니다. :
1- 가스의 분자는 작고 멀리 떨어져 있습니다. 가스 부피의 대부분은 공간입니다.
2- 가스 분자는 끊임없이 무작위로 움직이고 있습니다. 한 방향으로 다른 분자가있는 것만 큼 많은 분자가 있습니다.
3- 분자는 용기의 벽과 서로 충돌 할 수 있습니다. 가스의 압력은 벽과의 충돌로 결정됩니다.
4- 분자가 충돌하면 운동 에너지를 잃지 않습니다. 따라서 충돌은 완벽하게 탄력적이라고합니다. 분자와 외부 간섭이 없다면 총 운동 에너지는 일정하게 유지됩니다.
5- 충돌 과정을 제외하고, 분자는 서로 매력적이거나 반발력이 없습니다. 충돌 사이에 그들은 직선으로 움직입니다.
실제 가스는 이상적인 가스 법칙을 따르지 않기 때문에 분자 상호 작용과 분자로 인한 실제 가스에 의한 편차를 교정하기 위해 새로운 방정식을 만들어야했습니다. 이 방정식은 van der waals 방정식이라고 불렸다.
p =rt/ v-b-a²/ v²
여기서 p =압력
r =범용 가스 상수
t =절대 온도
v =어금니 부피
b =가스 상수 b
a =가스 상수 a
결론
가스의 동역학 이론 분자의 이동성 측면에서 가스의 미세한 특징을 설명합니다. 분자는 물질과 동일한 화학적 특성을 가진 가장 작은 단위이며 가스는 분자라고하는 수많은 비슷한 이산 입자로 구성되는 것으로 생각됩니다. 가스의 모든 표면과의 지속적인 충돌로 압력이 가해집니다. 가스의 밀도가 높을수록 분자와 표면 사이의 충돌 횟수가 자주 발생하고 압력이 커졌습니다.
1860 년대와 1880 년대 사이에 Maxwell, Boltzmann 및 Clausius는 운동 이론의 요소를 만들었습니다. 가스, 고형물 및 액체에 대한 동역학 이론이 있습니다. 가스의 동역학 이론 확산 메커니즘이 입자를 어떻게 포착하는지 이해하는 데 필수적입니다.
