Kas ir kinētiskā teorija?

Kinētiskā teorija izsaka vairākus pieņēmumus par gāzēm. Pirmkārt, gāzi veido ļoti mazas daļiņas, kuru masa nav vienāda ar nulli, un tās nepārtraukti pārvietojas nejaušā veidā. Molekulu skaitam gāzes paraugā jābūt pietiekami lielam statistikas salīdzināšanai.

Kinētiskā teorija pieņem, ka gāzes molekulas ir pilnīgi sfēriskas un elastīgas un ka to sadursmes ar tvertnes sienām arī ir elastīgas, kas nozīmē, ka tās neizraisa nekādas ātruma izmaiņas. Gāzes molekulu kopējais tilpums ir niecīgs, salīdzinot ar to konteinera kopējo tilpumu, kas nozīmē, ka starp molekulām ir pietiekami daudz vietas. Turklāt laiks gāzes molekulas sadursmē ar tvertnes sienu ir niecīgs attiecībā pret laiku starp sadursmēm ar citām molekulām. Teorija arī balstās uz pieņēmumu, ka jebkura relatīvā vai kvantu mehāniskā ietekme ir niecīga un ka jebkura gāzes daļiņu ietekme viena uz otru ir niecīga, izņemot spēku, ko rada sadursmes. Temperatūra ir vienīgais faktors, kas ietekmē gāzes daļiņu vidējo kinētisko enerģiju jeb enerģiju, ko rada kustība.

Šie pieņēmumi ir jāsaglabā, lai kinētiskās teorijas vienādojumi darbotos. Gāze, kas atbilst visiem šiem pieņēmumiem, ir vienkāršota teorētiska vienība, kas pazīstama kā ideāla gāze. Reālās gāzes parasti uzvedas pietiekami līdzīgi ideālām gāzēm, lai kinētiskie vienādojumi būtu noderīgi, taču modelis nav pilnīgi precīzs.

Kinētiskā teorija definē spiedienu kā spēku, ko iedarbojas gāzes molekulas, tām saduroties ar tvertnes sienu. Spiediens tiek aprēķināts kā spēks uz laukumu vai P = F/A. Spēks ir gāzes molekulu skaita N, katras molekulas masas m un to vidējā ātruma kvadrāta v2rms reizinājums, kas dalīts ar trīskāršu tvertnes garumu 3l. Tāpēc mums ir šāds spēka vienādojums: F = Nmv2rms/3l. Saīsinājums, rms, apzīmē vidējo kvadrātisko vērtību, visu daļiņu vidējo ātrumu.

Spiediena vienādojums ir P = Nmv2rms/3Al. Tā kā laukums, kas reizināts ar garumu, ir vienāds ar tilpumu V, šo vienādojumu var vienkāršot kā P = Nmv2rms/3V. Spiediena un tilpuma reizinājums PV ir vienāds ar divām trešdaļām no kopējās kinētiskās enerģijas jeb K, kas ļauj iegūt makroskopiskās īpašības no mikroskopiskās.

Svarīga kinētiskās teorijas daļa ir tāda, ka kinētiskā enerģija mainās tieši proporcionāli gāzes absolūtajai temperatūrai. Kinētiskā enerģija ir vienāda ar absolūtās temperatūras T un Bolcmana konstantes kB reizinājumu, kas reizināts ar 3/2; K = 3TkB/2. Tāpēc ikreiz, kad temperatūra tiek paaugstināta, kinētiskā enerģija palielinās, un nekādi citi faktori neietekmē kinētisko enerģiju.