ガスの運動理論

単原子ガスの温度は、移動する際の分子の平均運動エネルギーに関連する尺度です。このアニメーションでは、ヘリウム原子のサイズの分離に関する関係は、1950の雰囲気の圧力の下で達成されます。室温のこれらの原子は特定の平均速度を持っています（ここでは2つ減った 十億 時間）。

ガスの運動理論 これは、微視的な分子プロセスの統計的説明に基づいて、ガスの挙動と巨視的特性（理想的なガス法）を説明する物理的および化学理論です。運動理論は、世紀のダニエル・ベルヌーリなどの物理学者の研究に基づいて開発されました xviii 、ルートヴィヒ・ボルツマンとジェームズ・クラーク・マックスウェルは世紀の終わりに xix 。

この物理学の枝は、ガスの熱特性について説明しています。これらのシステムには膨大な数の原子または分子が含まれており、分子力学に基づいた熱特性を理解する唯一の合理的な方法は、平均タイプの特定の動的量を見つけ、システムの観察された物理的特性を平均してこれらの分子動的特性と関連付けることです。材料システムのグローバルな巨視的挙動を、その分子成分の平均挙動を関連付ける技術は、統計力学を構成します。

約50 a。 C.ローマの哲学者ルクレティウスは、明らかに静的な巨視的体は、互いに急速に衝突する原子の小規模で構成されていることを提案しました。 ^{[ 初め ]} このエピキュリアンの原子主義者の視点は、アリストテレスのアイデアが支配的であった後半ではめったに考慮されませんでした。

1738年、ダニエル・ベルヌーリはこの作品を発表しました Dydododynamica 、ガスの運動理論の基礎を敷設し、今日でも使用されている議論を提起し、ガスはあらゆる方向に移動する多数の分子で構成されており、表面への影響は私たちが感じるガスの圧力を引き起こし、熱の形で経験されるものは単にその動きの運動エネルギーです。物理学者が分子間の衝突がどのように完全に弾力性があるかを知らなかったため、エネルギーの保存がまだ確立されていなかったため、理論はすぐに受け入れられませんでした。 ^{[ 2 ]} ​ ^：36–37

運動理論の他の先駆者（同時代人とは考えられていない）は、MijaílLomonósov（1747）でした。 ^{[ 3 ]} Georges-Louis le Sage（1780年、1818年に出版）、 ^{[ 4 ]} ジョン・ヘラパス（1816） ^{[ 5 ]} Yジョンジェームズウォーターストン（1843）、 ^{[ 6 ]} それは彼らの研究を、重力の機械的説明の開発と結び付けました。 1856年、AugustKrönig（おそらくWaterstonの記事を読んだ後）は、粒子変換の動きのみを考慮したガスの単純な運動モデルを作成しました。

1857年、ルドルフ・クラウシウスは、クロニグに関係なく彼自身の言葉によると、同様の理論のバージョンを開発しましたが、クロニグなどの翻訳分子運動だけでなく、回転と振動も含むはるかに洗練されています。この同じ作品で、彼は粒子の中程度のない経路の概念を紹介しました。 ^{[ 7 ]} 1859年、Clausiusの記事を読んだ後、James Clerk MaxwellはMaxwellの分子速度の分布を策定しました。これは物理学の最初の統計法でした。 ^{[ 8 ]} 1873年の13ページの「Molecules」で、Maxwellは次のように述べています。 ^{[ 9 ]} ​

1871年、ルートヴィヒ・ボルツマンはマックスウェルの業績を一般化し、マックスウェル・ボルツマンの分布を策定しました。彼はまた、エントロピーと確率の間の対数接続について初めて言った。

世紀の初め xx 、多くの物理学者は、原子が実際のオブジェクトの代わりに純粋に仮説的な構造であると考え始めました。しかし、重要な転換点は、アルバート・アインシュタインのブラウン運動に関する記事でした（1905） ^{[ 十 ]} Yマリアンスモルチョウスキー（1906）、 ^{[ 11 ]} それは、運動理論に基づいて特定の正確な定量的予測を行うことができました。

プロパティ [ 編集します ]

運動理論の主な仮定は次のとおりです。 ^{[ 12番目 ]} ​

• 分子の数は大きく、それらの間の平均分離はその寸法に比べて大きいです。したがって、それらは容器の体積と比較して卑劣な量を占め、特定の質量と見なされます。
• 分子は、ニュートンの法則に従って、異なる速度でのランダムな個々の動きと、システム内の原子または分子の平均運動エネルギーが熱力学温度に直線的にリンクされていることが実証されています（仮説ではありません）。
• 分子は互いに弾性ショックを行うため、分子の線形エネルギーと運動エネルギーの両方が保存されます。
• 衝突中を除き、分子間の力は無視できます。分子間の電気または核の力は短い範囲であるため、衝突中に発生する衝動的な力のみが考慮されると考えられています。
• ガスは純粋であると見なされます。つまり、すべての分子は同一です。
• ガスは、容器の壁とともに熱平衡状態にあります。

プロパティ、定義：

それらは、反応するときに観察される物質の特徴、つまり、原子間の化学結合が壊れたり形成されたりして、オリジナル以外の同じ物質の新しい物質で形成されるときです。

化学的特性は化学プロセス（化学反応）で明らかにされていますが、物理的特性とは適切に呼ばれる特性は、状態の変化、変形、変位などの物理プロセスで現れます。

化学物質の例：
– 酸性腐食性
– カロリーパワーまたはカロリーエネルギー
– 酸味
– 反応性

運動理論の枠組みの中で、ガスの圧力は、容器の壁とのガス分子の衝突によって関与する力の巨視的な結果として説明されます。したがって、圧力は、ガスの微視的特性を参照して定義できます。

閉じた容器では、ガス粒子が壁と衝突します。ピストンの場合のように、これらの壁の1つがモバイルである場合、上記のガスによって生成された力（F _ガス ）外部システムを発揮する力の合計よりも大きい（F _空気 ）、ピストン重量（MG）およびその他の外部機械力（F）。

したがって、ガスによって及ぼす圧力は、ピストンを表面の単位あたり静的（動かない）平衡状態に保つ力に等しくなります（この場合、ピストンを含むシリンダーの半径に等しい半径の円）は次のとおりです。

確かに、理想的なガスのために n モレキュラス、それぞれ生地 m 英語の「根平均四角」で、速度の正方形の算術平均の平均ランダム速度または平方根で移動する の _rms = の 、立方体のボリュームに含まれています の ガス粒子は、各衝突の壁と線形運動量を統計的に交換し、固体表面にガスによって加えられる圧力である領域あたりの正味力を統計的に交換することができる方法で、容器の壁に衝突します。

したがって、ガスによって及ぼす圧力は、ピストンを表面の単位あたり静的（動かない）平衡状態に保つ力に等しくなります（この場合、ピストンを含むシリンダーの半径に等しい半径の円）は次のとおりです。

確かに、理想的なガスのために n モレキュラス、それぞれ生地 m 英語の「根平均四角」で、速度の正方形の算術平均の平均ランダム速度または平方根で移動する の _rms = の 、立方体のボリュームに含まれています の ガス粒子は、各衝突の壁と線形運動量を統計的に交換し、固体表面にガスによって加えられる圧力である領域あたりの正味力を統計的に交換することができる方法で、容器の壁に衝突します。

圧力はとして計算できます

${displaystyle p = {nmv^{2} over 3V}}$

（ガスの理想）

この結果は、ガスの圧力を計算する方法を提供するだけでなく、観察可能な巨視的変数である圧力を分子による平均運動エネルギーと関連付けるために興味深く重要であり、重要です。 1/2mv² 、これは直接観察できない微視的な大きさです。容器の体積による圧力の積は、含まれるガス分子の総運動エネルギーの3分の2であることに注意してください。

温度 [ 編集します ]

より高い方程式は、ガスの圧力は分子運動エネルギーに直接依存すると述べています。理想的なガス法により、圧力が絶対温度に比例するようにすることができます。これらの2つのステートメントは、運動理論の最も重要な声明の1つを許可します。 平均分子エネルギーは温度に比例します。 比例定数はボルツマン定数の3/2であり、これがガス定数間の比率です r アボガドロ番号の間。この結果を使用すると、エネルギーエネルギーの原則または定理を推測できます。

ケルビン運動エネルギーは次のとおりです。

• モル12.47 j
• 分子あたり20.7 YJ =129μeV

標準的な圧力と温度条件（273.15 K）では、ガスの総運動エネルギーは次のとおりです。

• Mol 3406 j
• Fear Molecula 5.65 ZJ = 35.2 MEV

例：

分子の平均速度 [ 編集します ]

運動エネルギーと温度の式は特徴的です。

${displaystyle v^{2} = {frac {3k_ {b} t} {m}}}}}$

ここでk _b それはケルビンのボルツマンの一定とt温度です。値を置き換えると、それが取得されます

${displaystyle v^{2} = {frac {2,4940cdot 10^{4}、t} {m_ {m}}}}}$

どこ の Mite One M/sを参照してください。 t 私はケルビンY mではありません _m 1つ。

標準温度の場合、ガス分子の平均速度は次のとおりです。

最も可能性の高い速度は、これらの値の81.6％です。

簡素化 [ 編集します ]

運動理論は、いくつかの事実に基づいた物理理論です。

• ガスの密度は非常に小さいです。
• 分子は個別にランダムに動き、異なる速度で移動し、温度と同時に増加または減少します。この動きにより、彼らは互いに衝突し、より多くの回数を打つことで圧力を高めます。
• ガス中の凝集力または分子間力はほとんどnullです。
• ガスを形成するすべての分子が同一である場合、それは純粋なガスであると言われています。

他の州の理論 [ 編集します ]

分子運動理論（TCM）によると：

• 固体では、それを形成する分子は互いにより大きな引力の力を持っているので、彼らは彼らの形を維持します。団結して、彼らは動きの能力が少ない、つまり彼らは振動します。

• 液体では、それを形成する分子は中間引力を持っています。これにより、分子が互いに滑ることができます。

参照してください [ 編集します ]

参照 [ 編集します ]

外部リンク [ 編集します ]