Molekulāri kinētiskās teorijas pamati

- [Instruktors] Šajā video

mēs runāsim par kaut ko, ko sauc par

molekulāri kinētisko teoriju, kas izklausās ļoti sarežģīti.

Bet, kā mēs redzēsim dažu nākamo sekunžu laikā,

vai dažu nākamo minūšu laikā,

tā patiesībā palīdz veidot mūsu intuīciju

par to, kas īsti notiek ar gāzi,

vai vismaz tuvinājumu tam,

kas notiek ar gāzi.

Vispirms padomāsim par tām lietām,

ko mēs zinām, ka varam izmērīt gāzei

makroskopiskā līmenī.

Ko es domāju ar "makroskopiskā"?

Es domāju lielā mērogā, mērogā, kas ir daudz lielāks

par atomu vai molekulu mērogu.

Un mēs zinām, ko mēs varam izmērīt.

Mēs varam izmērīt spiedienu.

Kā to dara?

Spiediens ir vienkārši spēks uz laukuma vienību.

Tu to vari izdarīt.

Ir dažādas ierīces, ko var izmantot spiediena mērīšanai,

atkarībā no tā, kam to izmanto.

Spēku var izmērīt ar atsperēm,

un tu vari pielikt noteiktu spēku noteiktam laukumam.

Bet tie visi ir veidi, kā var izmērīt spiedienu,

un mēs varam izmērīt gāzes spiedienu traukā.

Var izmērīt trauka tilpumu.

Tas patiesībā ir diezgan vienkārši.

Tu vari iedomāties trauku,

kas izskatās apmēram šādi, tā tilpumu.

Mēs zinām, kā atrast tilpumu

šādai taisnstūra prizmai,

vai pat ja tā būtu lode vai kāda cita veida figūra.

Ir daudz veidu, kā izmērīt tilpumu,

pat nespējot novērot

vai pat nezinot, ka tādas lietas kā molekulas eksistē.

Mēs zinām, kā izmērīt temperatūru,

un mēs to varam darīt dažādās skalās.

Mēs izmantojam kelvinus, jo tā ir absolūtā skala,

bet burtiski var izmantot termometrus,

lai izmērītu temperatūru.

Un atkal, tu vari izmērīt temperatūru,

neko nezinot par atomiem vai molekulām

vai par to, vai tie vispār eksistē.

Un tu vari arī izmērīt vielas daudzumu.

Un jo īpaši, mēs varētu teikt,

tu vari izmērīt molu skaitu.

Tagad tu varētu teikt - vai tad moli neietver noteiktu skaitu

molekulu vai atomu?

Jā, tā ir, bet mola jēdziens patiesībā pastāvēja

jau pirms mēs precīzi zinājām, cik molekulu,

cik daļiņu veido vienu molu.

Tas tika uzskatīts vienkārši par daudzumu,

kur cilvēki zināja, ka tam jābūt noteiktam daļiņu skaitam,

bet viņi nezināja precīzi.

Visas šīs lietas mēs varam izmērīt makroskopiskā līmenī.

Un mēs zinām, ka mēs varam tās visas savienot

ar ideālās gāzes vienādojumu,

kas mums saka, ka spiediens reiz tilpums

ir vienāds ar gāzes daudzumu.

Un tas, protams, attiecas uz ideālu gāzi,

un turpmākajos video

mēs runāsim par to, kā dažas gāzes tuvojas ideālas gāzes stāvoklim,

kamēr citas ir mazāk ideālas.

Bet šis daudzums ir molu skaits.

Tad ir ideālās gāzes konstante,

kas vienkārši palīdz mums saskaņot visas mērvienības

atkarībā no mērvienībām, ko izmantojam pārējiem lielumiem.

Un tad ir temperatūra, ko mēra kelvinos.

Un zinātnieki, ilgi pirms mēs patiešām spējām

uzzināt par tādām lietām kā atomi vai pat novērot atomus

vai molekulas tieši, vai pat netieši,

spēja noteikt šo sakarību,

izmantojot šos makroskopiskos mērījumus.

Bet kā šie makroskopiskie mērījumi un šī sakarība

patiesībā izskaidrojami molekulārā līmenī?

Un to mums sniedz molekulāri kinētiskā teorija.

Tā saka: iedomājies, ka gāze sastāv

no ļoti, ļoti mazām daļiņām.

Tās ir gāzes molekulas.

Un to kopējais tilpums ir ļoti mazs,

salīdzinot ar trauka tilpumu.

Tātad starp šīm daļiņām lielākoties ir tukša telpa.

Spiedienu rada šīs daļiņas,

atsitoties pret trauka sieniņām.

Jo jebkurā brīdī

pietiekami daudz daļiņu atsitas pret sieniņām

jebkurā laukuma vienībā, lai radītu spēku uz laukuma vienību.

Tās rada spiedienu.

Tā pieņem, ka šīs sadursmes

ir tā saucamās elastīgās sadursmes,

ko mēs daudz detalizētāk pētīsim fizikas kursā,

bet tas būtībā nozīmē, ka kinētiskā enerģija saglabājas.

Iespējams, tu jau zini,

ka kinētiskā enerģija ir vienāda ar vienu pusi,

reiz masa, reiz ātrums kvadrātā.

Un tātad šo daļiņu kinētiskā enerģija,

kad tās atsitas, to masa nemainās.

Daļiņu masa paliek.

Un mēs pieņemam, ka ātrums saglabājas.

Tātad ir visas šīs ļoti mazās daļiņas,

kuru kopējais tilpums ir mazs,

salīdzinot ar trauka tilpumu.

Tās rada spiedienu,

ar šīm elastīgajām sadursmēm

ar trauka sieniņām.

Un temperatūra ir saistīta ar šo daļiņu vidējo

kinētisko enerģiju.

Tā būtu proporcionāla.

Jo augstāka temperatūra,

jo augstāka vidējā kinētiskā enerģija.

Vidējā kinētiskā enerģija ir ļoti svarīga,

jo dažas no šīm daļiņām

var kustēties ātrāk nekā citas.

Un, protams, n, molu skaits,

mums pasaka, ar cik daļiņām mums ir darīšana.

Mēs zinām, ka katrā molā ir Avogadro skaitam atbilstošs daļiņu skaits.

Ja tu vienkārši reizini molu skaitu ar Avogadro skaitli,

tu iegūsti daļiņu skaitu.

Un foršākais molekulāri kinētiskajā teorijā ir tas,

es zinu, ka tā ir veidota kā teorija,

bet tas būtībā ir tas, ko ķīmiķi

un fiziķi iztēlojas,

kad viņi domā par gāzi kādā traukā.

Un, lai to padarītu nedaudz skaidrāku,

molekulāri kinētiskās teorijas aksiomas, varētu teikt,

tās pieņēmumus, es tos šeit uzskaitīšu.

Un ir svarīgi saprast, ka tie ir pieņēmumi,

un reālajā pasaulē ir nelielas atšķirības no tiem,

bet šie pieņēmumi mums ļoti palīdz

izskaidrot gāzu uzvedību.

Mēs jau par to runājām.

Gāze sastāv no daļiņām, kas atrodas pastāvīgā, haotiskā kustībā.

Mēs jau par to runājām.

Tās atsitas pret trauka sieniņām.

Daļiņu kopējais tilpums ir niecīgs,

salīdzinot ar kopējo tilpumu, kurā gāze atrodas.

Un tam arī ir nozīme,

kad runā par tādām lietām kā ideālās gāzes,

jo, ja tas vairs nav niecīgs,

tad jāsāk domāt par atgrūšanās

un pievilkšanās spēku mijiedarbību nedaudz vairāk.

Daļiņas nepievelkas

un neatgrūžas viena no otras.

Un tas savā ziņā izriet no pēdējā punkta, ko es minēju,

proti, ja tās to darītu,

tad mēs tuvotos ne-ideālas gāzes stāvoklim.

Un par to mēs runāsim citos video.

Sadursmes starp daļiņām ir pilnīgi elastīgas.

Tās saglabā kinētisko enerģiju,

un patiesībā tās saglabātu arī impulsu.

Un ka daļiņu vidējā kinētiskā enerģija

ir proporcionāla temperatūrai kelvinos.

Un mēs jau par to runājām,

ka makroskopiskais mainīgais,

makroskopiskais mērījums - temperatūra

dod mums norādi,

tā ir proporcionāla vidējai kinētiskajai enerģijai

daļiņām.