background image

Kinetyczna teoria gazu 

doskonałego

Główne założenia teorii gazu doskonałego:

Gaz jest zbudowany z identycznych cząsteczek/atomów o 

równych masach.

Liczba cząsteczek/atomów w objętości gazu jest ogromna.

Objętość cząsteczek/atomów jest zaniedbywalnie mała w 

porównaniu z objętością zajmowaną przez gaz.

Cząsteczki/atomy gazu zderzają się sprężyście ze sobą i ze 

ściankami naczynia zawierającego gazu. Siły działające 

podczas zderzeń są siłami zachowawczymi (tj. energia 

mechaniczna cząsteczek/atomów pozostaje stała).

Cząsteczki/atomy gazu wykonują bezładne ruchy zwane 

ruchami termicznymi.

 

background image

Podstawowe równanie teorii

 

kinetyczno-

molekularnej gazu doskonałego

(Prawo gazów 

doskonałych)

y

x

z

Podstawowe równanie wiąże 

parametry stanu gazu z 

charakterystykami ruchu 

cząsteczek/atomów gazu.

Ciśnienie gazu 

doskonałego

l

l

l

S

Gaz zamknięty w naczyniu o kształcie sześcianu.

Cząsteczka o masie m i średniej prędkości v

Składowe v to v

x

v

y

v

z

.

Cząsteczka zderza się z powierzchnią S  osi z.
Zmiana pędu cząsteczki:

Czas t potrzebny na przebycie przez cały sześcian:

.

2

)

(

z

z

z

p

mv

mv

mv

p

.

/

z

v

l

(2)

(1)

Czas potrzebny na zderzenie ze ścianą S:

.

/

2

2

z

v

l

(3)

Liczba zderzeń cząsteczki ze ścianą S:

.

2

/

2

/

1

l

v

t

z

(4)

v

background image

Pęd przekazany ściance S w jednostce czasu 

przez cząsteczkę i

  

= zmiana pędu  liczba zderzeń

.

2

2

2

,

,

,

i

i

z

i

i

z

i

z

i

f

l

v

m

l

v

v

m

(5)

Całkowita siła działająca na ściankę przez n cząsteczek

.

1

1

2

,

1

n

i

i

z

i

n

i

i

z

v

m

l

f

F

(6)

Ciśnienie p

z

 gazu na ściankę S

.

1

1

1

1

2

,

2

,

3

2

n

i

n

i

i

z

i

i

z

i

z

z

v

m

V

v

m

l

l

F

p

(7)

Ponieważ ruch cząsteczek jest bezładny, więc

.

,

3

1

,

,

,

,

,

,

i

i

z

i

y

i

x

i

i

z

i

y

i

x

v

v

v

v

p

p

p

p

(8B)

(8A)

Korzystając z (8A) i (8B), z równania (7) otrzymujemy

.

3

1

1

kin

3

2

2

n

i

i

i

E

v

m

pV

(9

)

Równanie (9), to podstawowe 

równanie kinetycznej teorii gazów 

doskonałych.

.

2

1

1

2

kin

n

i

i

i

v

m

E

.

3

V

background image

Kinetyczna interpretacja 

temperatury

Jeżeli m

i

 = m a v

i

 są różne, to 

definiujemy średnią prędkość 

kwadratową

,

1

1

2

n

i

i

kw

v

n

v

Średnia energia kinetyczna

.

2

2

1

kin

kw

nmv

(10)

(11)

Korzystając z równań (9) i (11) mamy

gdzie M = nm, to masą gazu. 

,

2

kw

3

1

2

kw

3

1

Mv

nmv

pV

Jeżeli = nm = 

 (kmol gazu), z (12) otrzymujemy

(12)

Korzystając z równania Clapeyrona: pV

0

 = RT, więc 

.

2

kw

3

1

0

v

pV

,

2

kw

3

1

v

RT

oraz

.

3

3

3

kw

m

kT

mN

kT

N

RT

v

A

A

(13)

(14)

(15)

background image

Średnią energię kinetyczną ruchu 

postępowego jednej cząsteczki gazu 

doskonałego można otrzymać z równania 

(11):

.

2

2

1

kin

kw

mv

n

E

e

Ponieważ

    (patrz  równania 

(15))

m

kT

v

/

3

kw

.

2

3

kT

e

Jak widać, przy T = 0 K

,

0

e

tzn.

0

p

(patrz  równania (9))

Wniosek: T jest miarą średniej 

energii kinetycznej cząsteczki.

(16)

(17)

(18)

Zasada ekwipartycji 

energii

Średnia energia kinetyczna ruchu 

postępowego cząsteczki odpowiada trzem 

stopniom swobody ponieważ do określenia 

położenia środka cząsteczki potrzebne są 3 

współrzędne (x, y, z). 

Średnia energia na 

stopień swobody

  

.

2

1

kT

e

T

O


Document Outline