Вопрос: Как изменится средняя кинетическая энергия идеального газа при увеличении абсолютной температуры в 2 раза? Ответ на вопрос – iq2u

Точные науки Физика

Ответ:

Увеличится в 2 раза.

Что? Где? Когда? Эрудит онлайн: ответы на вопросы:

  • От чего зависит потенциальная энергия тела, поднятого над землёй?
  • Тело сохраняет свои объём и форму. В каком агрегативном состоянии находится вещество, из которого состоит тело?
  • В каком состоянии вещества скорость беспорядочного движения молекул уменьшается с понижением температуры?
  • С какой силой притягивается к Земле тело массой 3 кг?
  • Как называется сила, с которой ведро действует на пол?»> На полу стоит ведро. Как называется сила, с которой ведро действует на пол?
  • Какая из перечисленных ниже единиц является единицей измерения потенциальной энергии?
  • При нагревании воды ей передано 400Дж энергии. Какое количество теплоты выделяется при ее охлаждении до первоначальной температуры?
  • Каким физическим прибором измеряется давление внутри жидкости?
  • Относительно какого тела пассажир, сидящий в движущемся автобусе, находится в состоянии покоя?
  • В каком состоянии вещества скорость беспорядочного движения молекул увеличивается с повышением температуры?
  • Какое количество теплоты выделилось при этом?»> Чугунная плита массой 100 кг, нагревшаяся на солнце до 80°С, оказавшись в тени, остыла до 20°С.Какое количество теплоты выделилось при этом?
  • В каком случае совершается механическая работа?
  • При какой температуре происходит испарение?
  • Какие вещества из названных здесь обладают плохой теплопроводностью?
  • Какова масса тела?»> Тело объёмом 20 см3 состоит из вещества плотностью 7,3 г/см3. Какова масса тела?

Температура. Внутренняя энергия 8 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Введение

 

Ранее, при изучении движения и взаимодействия тел, размеры тел и то, из чего они состоят, нам были не важны. Поэтому чаще всего в решении задач мы использовали модель материальной точки. Однако для ответа на многие вопросы эта модель уже не подходит. Например, почему сидеть на металлической скамейке на солнце горячо, а на деревянной – нормально? Каждое тело состоит из огромного количества мелких частиц, и все они находятся в непрерывном хаотичном движении.

 

Рис. 1. Хаотичное движение частиц

Если мы хотим анализировать процессы нагревания и охлаждения тела, то нужно анализировать не все тело в целом, а изменения характеристик движения атомов и молекул, из которых состоит тело.

 

Хаотичное движение частиц вещества

Молекулы пребывают в постоянном хаотичном движении. Рассмотрим пример с бильярдными шарами. Если привести шары в движение на бильярдном столе, они рано или поздно остановятся. Но если стол и его борта тоже состоят из таких же шаров, которые пребывают в движении – остановки движения не будет. Поэтому на уровне молекул движение не прекращается. Рядом всегда будут другие, движущиеся молекулы, они будут «толкать» неподвижные. Изолировать систему нельзя, потому что все вещества состоят из молекул, которые не прекращают движение.

 

 

Тепловое движение частиц

 

 

И это касается тел в любом агрегатном состоянии: газа, жидкости, твердого тела. Глазом это движение не увидеть, но его можно зафиксировать с помощью различных экспериментов.

 

 

Броуновское движение

Размеры атомов и молекул настолько малы, что наблюдать за ними непосредственно глазами нельзя. В середине XIX столетия Роберт Броун обнаружил, что пыльцевые зерна в жидкости движутся.

Рис. 2. Движение зерен пыльцы в жидкости

Хаотичное движение молекул воды и движение намного более крупных зерен пыльцы – это не одно и то же, но они связаны. Если в воде находится достаточно большое тело, каждый квадратный сантиметр его поверхности соприкасается с огромным количеством молекул воды, это число с 15 нулями. В таких масштабах отдельные молекулы неразличимы. Можно считать, что за единицу времени с телом сталкивается примерно одинаковое количество молекул, отклонения от среднего количества незаметны.

Если взять настолько маленькое тело так, чтобы в него ударялось около тысячи молекул воды с каждой стороны, то отдельные молекулы можно различить. Их движение хаотично, поэтому в какой-то момент о тело ударится 900 молекул, а в какой-то – 1100. Для небольшого тела этой разницы уже будет достаточно, чтобы оно находилось в движении.

Движение таких небольших твердых тел в газе или жидкости было названо броуновским движением, а сами эти твердые тела – броуновскими частицами. Таким образом, броуновское движение косвенно доказывает существование постоянного хаотичного движения молекул вещества.

Как же описать это движение молекул вещества?

Рассматривать каждую молекулу по отдельности не выйдет, нужно использовать другой подход. Можно описывать общее изменение характеристик их движения, которое показывает, нагревается или охлаждается тело. Для этого достаточно рассматривать средние параметры всех молекул тела.

Так можно рассматривать рой пчел в общем, исследовать его движение как тела. А можно говорить, имея в виду движение пчел, о свойствах самого роя: общей подвижности, «суетливости», каких-то средних параметрах движения.

Другой пример – движение машин в пробке. Можно сделать вывод о скорости движения потока машин (быстро-медленно), не отслеживая скорость движения каждого из автомобилей.

Для описания движения молекул будем рассматривать среднюю скорость vср, средний импульсpcр, среднюю энергию Еср. Скорость движения молекул определяет их кинетическую энергию. Есть физическая величина, которая пропорциональна средней кинетической энергии частиц. Эта величина – температура.

 

Физический смысл температуры

В упрощенном варианте температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии молекул. Точнее, температура пропорциональна энергии, которая приходится на каждую степень свободы движения молекулы:

где  – постоянная Больцмана, .

Количество степеней свободы – это количество координат, которые полностью определяют положение частицы в пространстве. Если это одноатомный газ, то есть его молекула состоит из одного атома, положение частицы в пространстве можно задать тремя координатами. Она может двигаться в трех направлениях. И средняя энергия частиц связана с энергией таким соотношением:

Для молекул, состоящих из двух атомов, добавляются еще две степени свободы: молекула может поворачиваться в двух плоскостях.

Поскольку нам важно было определять состояния горячо/холодно, у нас в ходе эволюции появились рецепторы, которые позволили сравнивать температуру. Человек может судить о температуре по ощущениям: чашка с чаем – горячая, лед – холодный. То есть температура чашки больше температуры льда. Это значит, что средняя кинетическая энергия молекул чашки больше, чем молекул льда.

Зачем нужна численная характеристика? Один человек подходит, пробует – теплая вода, другой – холодная. На вопрос, тепло или холодно на улице, люди тоже отвечают по-разному.

Напрямую измерить кинетическую энергию молекул нельзя. Но возможно измерить температуру косвенно, используя свойство тел расширяться при нагревании. Например, в ртутном термометре делают выводы о температуре по высоте столбика ртути. Так, можно измерить температуру воздуха, например 10 °С. Или температуру поверхности тела человека – 36,6 °С.

 

Расширение тел при нагревании

При нагревании большинство тел расширяются: мы это видим по жидкости в термометре; расширяются железнодорожные рельсы; летом сильнее, чем зимой, провисают провода между столбами. Как описать это расширение математически?

Остановимся на твердых телах, для которых можно четко говорить о размерах. При нагревании метровое и миллиметровое тело не расширяются на один и тот же миллиметр: для второго это было бы двукратное увеличение, а для первого – едва заметное. Длина при нагревании увеличивается на какую-то долю от начальной длины. При этом можно приближенно считать, что при увеличении температуры на каждый градус увеличение будет одним и тем же – изменение длины пропорционально изменению температуры. Записать это можно так:

Или, если расписать изменение длины как разность конечной длины  и начальной , получим:

 

Градусы Цельсия, Кельвина, Фаренгейта

Для измерения физической величины нужен эталон: эталон длины, эталон массы. Или же можно выразить числовое значение величины через уже введенные величины. Например, 1 Вт – это работа в 1 Дж, выполненная за 1 секунду.

Исторически понятие температуры возникло намного раньше, чем его связали со средней энергией. Поэтому градусы Цельсия не выражают через единицы энергии – джоули. Для них есть эталон: 0 °С – это температура плавления льда; 100 °С – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. То есть тот факт, что вода замерзает при нуле и кипит при 100 °С, – это не совпадение, так Цельсий составил свою шкалу. Разбив этот интервал на 100 промежуточных делений, получили единицу измерения – один градус Цельсия.

В другой шкале, в градусах Фаренгейта, значения привязаны к другим температурам. Так, ноль в этой шкале соответствует самой низкой температуре в родном городе Фаренгейта, температура плавления льда соответствует 32 °F, а нормальная температура человеческого тела составляет 96 °F. Перевести температуру из градусов Фаренгейта в градусы Цельсия можно по формуле:

Шкала градусов Цельсия была когда-то введена и к ней привыкли во многих странах. Градусы Фаренгейта привычны для жителей США. А для научных целей используют другую шкалу – шкалу Кельвина. Величина одного градуса у нее такая же, как по шкале Цельсия. Это удобно, изменение температур будет одинаковым в обеих шкалах, а именно изменение температуры нас интересует во многих задачах.

А вот ноль шкал отличается: по шкале Цельсия ноль – это температура замерзания воды и температура тела может быть ниже нуля.

Шкала Кельвина построена следующим образом. Температура – это мера средней кинетической энергии молекул. Понижая температуру, уменьшаем кинетическую энергию молекул. И теоретически можно дойти до состояния, когда кинетическая энергия станет равной нулю, движение частиц прекратится и меньшей температуры достичь уже нельзя. Температура, которая при этом будет, и есть ноль градусов по шкале Кельвина. По шкале Цельсия это  градуса. То есть шкалы Фаренгейта и Цельсия просто сдвинуты друг относительно друга на 273 градуса:

.

А что будет, если измерить температуру в космосе? Необходимо понимать, что любая модель ограниченна.

Температура связана со средней кинетической энергией частиц вещества, усредненной для большого числа частиц. В космосе вещество сильно разрежено – в нем может быть несколько атомов на один кубический сантиметр. Поэтому некорректно говорить о температуре космоса. И то, что в космосе замерзает вода, описывают уже с помощью других моделей: вода замерзает, потому что теряет через излучение больше энергии, чем получает.

 

Внутренняя энергия

 

 

При сгибании и разгибании проволоки она нагревается.

 

Рис. 3. Нагревание проволоки при сгибании

При этом ее кинетическая и потенциальная энергия не изменяется. Чтобы описать этот процесс, необходимо использовать другую модель. Молекулы, из которых состоит тело, также обладают энергией. Кинетическую и потенциальную энергию всех молекул тела называют внутренней энергией тела. При сгибании-разгибании проволоки увеличивается внутренняя энергия тела (в частности, кинетическая энергия молекул, что приводит к увеличению температуры).

Рассмотрим еще один пример. При падении камня его потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Рис. 4. Нагревание камня при ударе о землю

А куда денется эта кинетическая энергия при ударе о землю? Если измерить температуру камня до и после удара, станет ясно, что камень нагревается. Увеличение температуры – следствие увеличения средней кинетической энергии молекул камня. Средняя энергия молекул стала больше, значит, и их общая энергия, то есть внутренняя энергия камня, стала больше. Значит, кинетическая энергия движения камня перешла в его внутреннюю энергию.

Характеристики движения и взаимодействия частиц

  1. Молекулы движутся, т. е. обладают кинетической энергией. Температура связана с кинетической энергией молекул тела.
  2. Молекулы взаимодействуют между собой. Поэтому молекулы имеют потенциальную энергию взаимодействия друг с другом.
  3. Молекулы вещества обладают химической энергией – энергией связей атомов в молекуле, а также ядерной энергией – энергией связи протонов и нейтронов в ядре.

Для внутренней энергии учитывается только потенциальная и кинетическая энергия молекул.

В рамках рассматриваемой модели будут затронуты только процессы нагревания/охлаждения и различные агрегатные переходы: плавление, парообразование и прочие. Нагревание и охлаждение – это изменение температуры, то есть изменение кинетической энергии частиц.

При агрегатном переходе меняется расположение частиц: твердое тело превращается в жидкость, жидкость – в газ. То есть меняется потенциальная энергия частиц.

Используя понятия температуры и внутренней энергии, можно объяснить множество явлений. Например, почему медленно тает лед и наступает весна? Световой день увеличивается, солнечной энергии поступает все больше и больше, а температура будет все равно около нуля. И наоборот, бывает уже несколько дней холодно на улице, а вода в реке еще не замерзла. Оказывается, есть некоторый параметр, который определяет энергозатратность плавления. Если бы он у воды был мал, все бы таяло и замерзало быстро. Но у воды (льда) он большой, и плавление требует много солнечной энергии. Причем пока весь снег и лед не растает, энергия будет идти на их плавление, а не на повышение температуры. То есть будет увеличиваться потенциальная энергия молекул, но не кинетическая. Значит, температура, которая связана как раз с кинетической энергией, будет оставаться вблизи нуля.

Итак, почему, прикоснувшись летом к железной лавочке, мы почувствуем, что она гораздо горячее, чем если прикоснемся к деревянной при той же температуре? Просто у дерева и у железа разная скорость передачи тепла. Железная лавочка быстрее передаст тепло, и мы его почувствуем. Деревянная сделает это медленнее, поэтому ничего особенного мы чувствовать не будем.

Тепло может передаваться по-разному, и не всегда для передачи тепла нужен прямой контакт. Обычно нужно коснуться тела, чтобы почувствовать тепло. Такой тип передачи называется теплопроводностью. Но можно сесть возле камина, и, даже отгородившись от него стеклом, мы будем чувствовать тепло. Такой тип передачи тепла называется излучением. Подробнее о нагревании, агрегатных переходах и видах передачи тепла речь пойдет на следующих уроках.

 

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «http://edufuture.biz» (Источник)
  2. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)

 

Домашнее задание

  1. Из чего складывается внутренняя энергия тела?
  2. Что характеризует температура?
  3. Какие бывают способы изменения внутренней энергии?

 

Q12 Как изменится средняя кинетическая энергия молекул жидкости при кипении при ее кипении…

Перейти к

  • Объективные вопросы
  • Вопросы с короткими/длинными ответами
  • Иметь значение
  • Физические величины и измерения
  • Сила и давление
  • Энергия
  • Световая энергия
  • Теплопередача
  • Звук
  • Электричество

Главная > Селина Солюшнс Класс 8 Физика > Глава 6 — Теплопередача > Упражнение: Вопросы с короткими/длинными ответами > Вопрос 12

Вопрос 12 Короткий/Полный ответ Вопросы

В12) Как изменяется средняя кинетическая энергия молекул жидкости при кипении при ее температуре кипения?

Ответ:

Решение:

Кинетическая энергия является мерой температуры тела, при повышении температуры увеличивается и средняя кинетическая энергия. При температуре кипения средняя кинетическая энергия увеличивается.

Связанные вопросы

Q1) Что такое материя? Из чего состоит.

Q2) Назовите три состояния материи и различайте их на основе их (i) объема и (ii) …

Q3) Различают жидкое и парообразное (или газообразное) состояния вещества на основе следующего фактора…

Q4) Что такое испарение? Объясните это на основе молекулярного движения.

В5) Все ли молекулы жидкости участвуют в испарении? Если нет, поясните свой ответ.

Q6) При испарении теплота не передается жидкости. Как тогда жидкость превращается в пар…

Фейсбук WhatsApp

Копировать ссылку

Было ли это полезно?

Упражнения

Объективные вопросы

Вопросы с короткими/длинными ответами

Главы

Материя

Физические величины и измерения

Сила и давление

Энергия

Энергия света

Теплопередача

Звук

Электричество

Курсы

Быстрые ссылки

термины и политики

Термины и политики

2022 © Качественные учебные пособия Pvt Ltd Все права защищены

Кинтическая молекулярная теория

Теория кинетической молекулярной теории

Кинетическая молекулярная теория

Постулаты кинетической молекулярной теории Как объясняет кинетическая молекулярная теория Законы о газе Законы диффузии и эффузии Грэма Кинетическая молекулярная теория и законы Грэма

Постулаты кинетической молекулярной теории

Экспериментальные наблюдения за поведением газов, обсуждавшиеся до сих пор, могут быть объясняется простой теоретической моделью, известной как кинетическая молекулярная теория . Эта теория основана на следующих постулатах, или предположениях.

  1. Газы состоят из большого количества частиц, которые ведут себя как твердые сферические объекты в состоянии постоянного беспорядочного движения.
  2. Эти частицы движутся по прямой линии, пока не столкнутся с другой частицей или стенки контейнера.
  3. Эти частицы намного меньше, чем расстояние между частицами. Большая часть объема Следовательно, газ — это пустое пространство.
  4. Нет силы притяжения между частицами газа или между частицами и стенки контейнера.
  5. Столкновения между частицами газа или столкновения со стенками контейнера идеально эластичный. Никакая часть энергии частицы газа не теряется при столкновении с другой частицей или со стенками сосуда.
  6. Средняя кинетическая энергия совокупности частиц газа зависит от температуры газа и ничего больше.

Предположения, лежащие в основе кинетической молекулярной теории, можно проиллюстрировать с помощью показанный на рисунке ниже аппарат, состоящий из стеклянной пластины, окруженной стенками установлены сверху на трех вибрационных двигателях. Несколько стальных шарикоподшипников размещены на верхней части стеклянной пластины для представления частиц газа.

При включении двигателей стеклянная пластина вибрирует, из-за чего шарикоподшипники двигаться постоянно, случайным образом (постулат 1). Каждый шарик движется по прямой до тех пор, пока он сталкивается с другим шаром или со стенками сосуда (постулат 2). Хотя столкновения часты, среднее расстояние между шарикоподшипниками намного больше чем диаметр шаров (постулат 3). Между ними нет силы притяжения. отдельные шарикоподшипники или между шарикоподшипниками и стенками контейнера (постулат 4).

Столкновения, которые происходят в этом аппарате, очень отличаются от тех, которые происходят когда на пол падает резиновый мяч. Столкновения резинового мяча с пол неэластичен , как показано на рисунке ниже. Часть энергии этого мяч теряется каждый раз, когда он падает на пол, пока он в конце концов не остановится. В этом аппарат, столкновения совершенно упругие . У шаров столько же энергии после столкновения по-прежнему (постулат 5).

Любой движущийся объект имеет кинетическую энергию , которая определяется как половина произведения его массы, умноженной на квадрат скорости.

КЭ = 1 / 2 мв 2

В любое время некоторые из шарикоподшипников на этом устройстве двигаются быстрее, чем другие, но система может быть описана средняя кинетическая энергия . Когда мы увеличиваем «температуру» системы за счет повышения напряжения на двигателях находим что средняя кинетическая энергия шарикоподшипников увеличивается (постулат 6).

Как кинетическая молекулярная Теория объясняет газовые законы

Кинетическая молекулярная теория может быть использована для объяснения каждого из экспериментально определенные газовые законы.

Связь между P и n

Давление газа возникает в результате столкновений частиц газа со стенками. контейнера. Каждый раз, когда частица газа ударяется о стену, она воздействует на стену. Увеличение количества частиц газа в контейнере увеличивает частоту столкновения со стенками и, следовательно, давление газа.

Закон Амонтона ( СТ )

Последний постулат кинетической молекулярной теории утверждает, что средняя кинетическая энергия частицы газа зависит только от температуры газа. Таким образом, средний кинетическая энергия частиц газа увеличивается по мере нагревания газа. Потому что масса этих частиц постоянна, их кинетическая энергия может только увеличиваться, если средняя скорость частиц увеличивается. Чем быстрее движутся эти частицы, когда они сталкиваются стены, тем большую силу они оказывают на стену. Так как сила на столкновение становится больше с повышением температуры, давление газа должно увеличиваться по мере хорошо.

Закон Бойля ( P = 1/ v )

Газы можно сжимать, потому что большая часть объема газа — это пустое пространство. Если мы сжать газ без изменения его температуры, средняя кинетическая энергия газа частицы остаются прежними. Скорость движения частиц не меняется. но емкость меньше. Таким образом, частицы перемещаются от одного конца контейнера к другой в более короткий промежуток времени. Это значит, что они чаще ударяются о стены. Любой увеличение частоты столкновений со стенками должно приводить к увеличению давление газа. Таким образом, давление газа становится тем больше, чем больше объем газа. становится меньше.

Закон Чарльза ( V T )

Средняя кинетическая энергия частиц в газе пропорциональна температуре газа. Поскольку масса этих частиц постоянна, частицы должны двигаться быстрее, чем газ становится теплее. Если они будут двигаться быстрее, частицы будут оказывать большее сила на контейнер каждый раз, когда они ударяются о стенки, что приводит к увеличению давление газа. Если стенки сосуда гибкие, он будет расширяться до тех пор, пока давление газа снова уравновешивает давление атмосферы. Объем Поэтому газ становится больше по мере увеличения температуры газа.

Гипотеза Авогадро ( V N )

По мере увеличения количества частиц газа частота столкновений со стенками контейнер должен увеличиться. Это, в свою очередь, приводит к повышению давления в газ. Гибкие контейнеры, такие как воздушный шар, будут расширяться до тех пор, пока давление газа внутри воздушного шара снова уравновешивает давление газа снаружи. Таким образом, объем газа пропорциональна количеству частиц газа.

Закон парциальных давлений Дальтона ( P t = P 1 + P 2 + P 3 + …)

Представьте, что будет, если в молекулярную динамику добавить шесть шарикоподшипников разного размера. симулятор. Общее давление увеличилось бы, потому что было бы больше столкновения со стенками контейнера. Но давление из-за столкновений между исходные шарикоподшипники и стенки контейнера останутся прежними. Есть так много пустого места в контейнере, что каждый тип шарикоподшипника ударяется о стенки контейнера. контейнер в смеси так же часто, как это было, когда был только один вид шарикоподшипника на стеклянной пластине. Общее число столкновений со стенкой в ​​этой смеси равно поэтому равна сумме столкновений, которые произошли бы, когда каждый размер шара подшипник присутствует сам по себе. Другими словами, полное давление смеси газов равно равно сумме парциальных давлений отдельных газов.

Законы диффузии и эффузии Грэма

Некоторые из физических свойств газов зависят от идентичности газа. Один из эти физические свойства можно увидеть при изучении движения газов.

В 1829 году Томас Грэм использовал аппарат, аналогичный показанному на рисунок ниже для изучения диффузии газов скорость, с которой два смесь газов. Этот аппарат состоит из стеклянной трубки, запаянной с одного конца гипсом. отверстия достаточно большие, чтобы позволить газу войти или выйти из трубки. Когда трубка заполнена H 2 газ, уровень воды в трубке медленно поднимается из-за H 2 Молекулы внутри трубки выходят через отверстия в гипсе быстрее, чем молекулы воздуха могут попасть в трубку. Изучая скорость, с которой уровень воды в этом устройство изменилось, Грэм смог получить данные о скорости, с которой различные газы смешанный с воздухом.

Грэм обнаружил, что скорость диффузии газов обратно пропорциональна квадратный корень из их плотностей.

Это соотношение в конечном итоге стало известно как закон диффузии Грэма .

Чтобы понять важность этого открытия, мы должны помнить, что равные объемы разных газов содержат одинаковое количество частиц. В результате количество молей газа на литр при заданной температуре и давлении постоянны, а это означает, что плотность газа прямо пропорциональна его молекулярной массе. закон Грэма о Поэтому диффузию также можно записать следующим образом.

Сходные результаты были получены, когда Грэм изучал скорость выпота газа, то есть скорость, с которой газ выходит через точечное отверстие в вакуум. скорость истечения газа также обратно пропорциональна квадратному корню из плотность или молекулярный вес газа.

Закон выпота Грэма можно продемонстрировать с помощью аппарата в рисунок ниже. Толстостенная колба фильтра откачивается вакуумным насосом. Шприц заполнен 25 мл газа и время, необходимое для выхода газа через шприц иглы в вакуумированную фильтровальную колбу измеряют секундомером.

Как мы можем видеть, когда данные, полученные в этом эксперименте, представлены на рисунке ниже, время , необходимое для того, чтобы образцы различных газов объемом 25 мл улетучились в вакуум, равно пропорциональна квадратному корню из молекулярной массы газа. Скорость в следовательно, истечение газов обратно пропорционально квадратному корню из молекулярная масса. Наблюдения Грэма о скорости диффузии (смешивания) или efuse (выход через точечное отверстие) позволяют предположить, что относительно легкие частицы газа, такие как H 2 молекулы или атомы гелия движутся быстрее, чем относительно тяжелые частицы газа, такие как CO 2 или SO 2 молекул.

Кинетическая молекулярная теория и законы Грэма

Кинетическая молекулярная теория может быть использована для объяснения результатов, полученных Грэмом, когда он изучал диффузию и истечение газов. Ключом к этому объяснению является последнее постулат кинетической теории, предполагающий, что температура системы пропорциональна средней кинетической энергии его частиц и ничему другому. В других Другими словами, температура системы увеличивается тогда и только тогда, когда увеличивается средняя кинетическая энергия его частиц.

Два газа, такие как H 2 и O 2 , при одинаковой температуре, поэтому должны иметь одинаковую среднюю кинетическую энергию. Это может быть представлено следующим уравнение.

Это уравнение можно упростить, умножив обе его части на два.

Затем его можно переставить, чтобы получить следующее.

Извлечение квадратного корня из обеих частей этого уравнения дает связь между отношение скоростей, с которыми движутся два газа, и квадратный корень из отношения их молекулярные массы.

Это уравнение представляет собой модифицированную форму закона Грэма.