Кинетичка молекуларна теорија гасова

Тхе кинетичка теорија гасова је научни модел који објашњава физичко понашање гаса као кретање молекуларних честица које чине гас. У овом моделу се субмикроскопске честице (атоми или молекуле) које чине гас непрестано се крећу насумичним кретањем, непрестано се сударајући не само једно са другим, већ и са странама било којег контејнера у коме се налази гас у склопу. То кретање резултира физичким својствима гаса као што су топлота и притисак.

Кинетичка теорија гасова се такође назива само кинетичка теорија, или кинетички модел, или кинетичко-молекуларни модел. Такође се може применити на течности, као и на гас. (Пример за Бровново кретање, која је доле размотрена, примењује кинетичку теорију на течности.)

Грчки филозоф Лукрециј био је поборник раног облика атомизма, мада је то био у великој мери одбачени у току неколико векова у корист физичког модела гасова изграђеног на не-атомском раду од Аристотел. Без теорије материје као ситних честица, кинетичка теорија се није развила у овом Аристотеловом оквиру.

Рад Даниела Берноуллија представио је кинетичку теорију европској публици, са својом публикацијом из 1738. године Хидродинамица. У то време нису успостављени ни принципи попут очувања енергије, па много његових приступа није широко усвојено. Током следећег века, кинетичка теорија постала је широко усвојена међу научницима, као део растућег тренда ка научницима који прихватају савремени поглед на материју састављену од атома.

Један линч у експериментално потврђујући кинетичкој теорији, а атомизам је уопштен, био је повезан са Бровновим кретањем. Ово је кретање сићушне честице суспендиране у течности, која под микроскопом изгледа да насумично трза. У чувеном часопису из 1905. Алберт Ајнштајн објаснио Бровнијево кретање у смислу случајних судара са честицама које чине течност. Овај рад је био резултат Ајнштајна докторски рад рад, где је створио дифузијску формулу применом статистичких метода на проблем. Сличан резултат је самостално извео пољски физичар Мариан Смолуцховски, који је свој рад објавио 1906. године. Заједно, ове примјене кинетичке теорије далеки су пут подржавајући идеју да се течност и гасови (а вероватно и круте материје) састоје од ситних честица.

Кинетичка теорија укључује бројне претпоставке које су усредсређене на способност разговарања о идеални гас.

• Молекуле се третирају као тачкасте честице. Конкретно, једна импликација овога је да је њихова величина изузетно мала у поређењу са просечним растојањем између честица.
• Број молекула (Н) је врло велика, до те мере да праћење понашања појединих честица није могуће. Уместо тога, примењују се статистичке методе за анализу понашања система у целини.
• Сваки молекул третира се идентично као било који други молекул. Они су заменљиви у смислу својих различитих својстава. Ово опет помаже подржати идеју да појединачне честице не треба пратити и да су статистичке методе теорије довољне за доношење закључака и предвиђања.
• Молекули су у сталном, насумичном покрету. Они послушају Њутонови закони кретања.
• Судари између честица и између честица и стијенки спремника за гас су савршено еластични судари.
• Зидови посуда са гасовима третирају се као савршено крути, не померају се и бесконачно су масивни (у поређењу са честицама).

Резултат ових претпоставки је да имате гас у контејнеру који се насумично креће унутар спремника. Када се честице гаса сударају са страном контејнера, оне одбијају страну боца у а савршено еластичан судар, што значи да ако удари под углом од 30 степени, одскочиће на 30 степени угао. Компонента њихове брзине окомита на страну контејнера мења смер, али задржава исту величину.

Кинетичка теорија гасова је значајна по томе што нас скуп претпоставки доводи до извода закона идеалног гаса или једнаџбе идеалног гаса који односи притисак (п), запремина (В) и температуре (Т), у смислу Болтманнове константе (к) и број молекула (Н). Резултатна једнаџба идеалног гаса је:

пВ = НкТ