النظرية الحركية الجزيئية للغازات

ال النظرية الحركية للغازات هو نموذج علمي يشرح السلوك المادي للغاز كحركة الجزيئات الجزيئية التي يتكون منها الغاز. في هذا النموذج ، تتحرك الجسيمات تحت المجهرية (الذرات أو الجزيئات) التي تشكل الغاز باستمرار في حركة عشوائية ، تتصادم باستمرار ليس فقط مع بعضها البعض ولكن أيضًا مع جوانب أي حاوية تحتوي على الغاز في غضون. هذه الحركة هي التي تؤدي إلى الخصائص الفيزيائية للغاز مثل الحرارة و الضغط.

النظرية الحركية للغازات تسمى أيضا النظرية الحركية، أو ال نموذج حركي ، أو ال النموذج الحركي الجزيئي. كما يمكن تطبيقه بطرق عديدة على السوائل وكذلك الغاز. (مثال الحركة البراونية، الموضحة أدناه ، تطبق النظرية الحركية على السوائل.)

كان الفيلسوف اليوناني لوكريتيوس مؤيدًا لشكل مبكر من الذرة ، على الرغم من أن هذا كان إلى حد كبير تم التخلص منها لعدة قرون لصالح نموذج فيزيائي للغازات مبني على العمل غير الذري من أرسطو. بدون نظرية للمادة كجسيمات دقيقة ، لم تتطور النظرية الحركية في إطار أرسطو هذا.

قدم عمل دانيال برنولي النظرية الحركية للجمهور الأوروبي ، مع نشره عام 1738 هيدرو ديناميكا. في ذلك الوقت ، لم يتم إرساء مبادئ مثل الحفاظ على الطاقة ، وبالتالي لم يتم اعتماد الكثير من مناهجه على نطاق واسع. خلال القرن التالي ، أصبحت النظرية الحركية أكثر انتشارًا بين العلماء ، كجزء من اتجاه متزايد نحو العلماء الذين يتبنون النظرة الحديثة للمادة كما تتكون من الذرات.

واحدة من lynchpins في تأكيد تجريبي النظرية الحركية ، والذرة عامة ، كانت مرتبطة بالحركة البراونية. هذه هي حركة الجسيمات الصغيرة المعلقة في سائل ، والتي تظهر تحت المجهر تندفع بشكل عشوائي. في ورقة 1905 المشهود لها ، البرت اينشتاين شرح الحركة البراونية من حيث التصادمات العشوائية مع الجسيمات التي تكونت السائل. كانت هذه الورقة نتيجة لأينشتاين أطروحة الدكتوراه العمل ، حيث ابتكر صيغة نشر من خلال تطبيق الأساليب الإحصائية على المشكلة. تم إجراء نتيجة مماثلة بشكل مستقل من قبل الفيزيائي البولندي ماريان سمولوشوفسكي ، الذي نشر عمله في عام 1906. ساهمت هذه التطبيقات للنظرية الحركية معًا في دعم فكرة أن السوائل والغازات (ومن المحتمل أيضًا المواد الصلبة) تتكون من جسيمات دقيقة.

تتضمن النظرية الحركية عددًا من الافتراضات التي تركز على القدرة على التحدث عن غاز مثالي.

• يتم التعامل مع الجزيئات كجزيئات نقطية. على وجه التحديد ، أحد الآثار المترتبة على ذلك هو أن حجمها صغير للغاية مقارنة بمتوسط ​​المسافة بين الجسيمات.
• عدد الجزيئات (ن) كبير جدًا ، إلى الحد الذي يتعذر فيه تتبع سلوكيات الجسيمات الفردية. بدلاً من ذلك ، يتم تطبيق الأساليب الإحصائية لتحليل سلوك النظام ككل.
• يتم التعامل مع كل جزيء على أنه مطابق لأي جزيء آخر. إنها قابلة للتبديل من حيث خصائصها المختلفة. يساعد هذا مرة أخرى في دعم فكرة أن الجسيمات الفردية لا تحتاج إلى أن يتم تتبعها ، وأن الأساليب الإحصائية للنظرية كافية للوصول إلى الاستنتاجات والتنبؤات.
• الجزيئات في حركة عشوائية ثابتة. يطيعون قوانين الحركة لنيوتن.
• التصادمات بين الجسيمات ، وبين الجسيمات وجدران حاوية الغاز ، هي تماما تصادمات مرنة.
• يتم التعامل مع جدران حاويات الغازات على أنها جامدة تمامًا ، ولا تتحرك ، وهي ضخمة بشكل لا نهائي (مقارنة بالجسيمات).

نتيجة هذه الافتراضات هي أن لديك غازًا داخل حاوية يتحرك بشكل عشوائي داخل الحاوية. عندما تصطدم جزيئات الغاز مع جانب الحاوية ، فإنها ترتد من جانب الحاوية في اصطدام مرن تمامًا ، مما يعني أنه إذا ارتطم بزاوية 30 درجة ، فسوف يرتد عند 30 درجة زاوية. إن مكون سرعتها متعامد على جانب الحاوية يغير الاتجاه ولكنه يحتفظ بنفس المقدار.

إن النظرية الحركية للغازات مهمة ، حيث أن مجموعة الافتراضات المذكورة أعلاه تقودنا إلى اشتقاق قانون الغاز المثالي ، أو معادلة الغاز المثالية ، التي تربط الضغط (ص)، الصوت (الخامس) ، ودرجة الحرارة (ت) ، من حيث ثابت بولتزمان (ك) وعدد الجزيئات (ن). معادلة الغاز المثالية الناتجة هي:

الكهروضوئية = NkT