kinetikus gázelmélet
(kinetikus elmélet)

Klasszikus gázelmélet, amely szerint a gázok nagyszámú egyforma részecskékből állnak, melyek rugalmasan ütköznek, és a newtoni mechanika törvényei szerint viselkednek.
A mechanikai törvények alkalmazásával kapott eredmények átlagolásával meghatározhatók az adott gáz makroszkopikus termodinamikai tulajdonságai és a gázrészecskék mozgása közötti kapcsolat.

Az elmélet nagymértékben Count Rumfold, James Prescott Joule és James Clerk Maxwell munkája, az anyag fizikai tulajdonságait magyarázza az alkotórészecskék mozgásával kifejezve.
Például a nyomást egy gáz esetében a gázmolekuláknak az edény falához való folytonos ütközése hozza létre.
Feltételezve, hogy a molekulák elhanyagolhatóan kis teret foglalnak el, elhanyagolhatóan kis erőt fejtenek ki egymásra az ütközéseken kívül, tökéletesen rugalmasak és az ütközések gyorsan lejátszódnak köztük, kimutatható, hogy n, egyenként m tömegű molekulából álló egy mól gáz által gyakorolt nyomás (p) egy V térfogatban:

p=nmc²/3V

ahol c² a molekula átlagos sebességének négyzete.
A gáztörvények alapján egy y mól gáz esetén pV=RT, ahol T a termodinamikai hőmérséklet, R a moláris gázállandó, amiből következik, hogy

RT=nmc²/3.

Egy gáz termodinamikai hőmérséklete tehát arányos a molekulái átlag sebességének négyzetével. Minthogy a molekulák transzlációjának átlagos kinetikai energiája mc^*2/2, a hőmérséklet a következő:

T=(mc²/2)(2n/3R).

Egy gáz egy mólnyi mennyiségében a molekulák száma az Avogadro-állandó, N_A; ezért ebben az egyenletben n=N_A.
Az R/N_A egy konstans a Boltzmann-állandó (k).
A molekulák átlagos transzlációs kinetikus energiája bármely gáz egy móljában 3kT/2.
Egyatomos gázokra ez arányos a gáz belső energiájával, azaz

U=N_A3kT/2

és mivel k= R/N_A

U=3RT/2.

A kétatomos és sokatomos gázok esetében a rotációs és a vibrációs energiákat is figyelembe kell venni.

Folyadékokban a kinetikus elmélet szerint a molekulák és atomok random mozgást végeznek; a hőmérséklet arányos az átlagos kinetikus energiájukkal.
Mivel a molekulák elég közel vannak egymáshoz, fontosak a molekulák közti vonzóerőerőerők.
A felszínhez közelítő molekulákra olyan eredő erő hat, mely a folyadékban próbálja azokat tartani. Csak a leggyorsabban mozgó molekulák lépnek ki, és ennek eredményeképpen azoknak a molekuláknak, amelyek nem tudtak kilépni, csökken a kinetikus energiájuk. Így a folyadék felületéről történő párolgás hőmérsékletcsökkenést okoz.

Kristályos szilárd anyagban az atomok, ionok és molekulák csak a kristályrácsban rögzített pont körül vibrálnak; a vonzóerők ebben a tartományban olyan erősek, hogy szabad mozgás nem lehetséges.

Felhasznált irodalom