Кинетична молекулна теория на газовете

В това видео ще говорим за нещо, наречено молекулно-кинетична теория, което звучи много оплетено. Но, както ще видим след няколко секунди или след няколко минути, това помага да изградим разбирането си за това какво всъщност се случва с газовете или поне приблизително да опишем какво става с газа. Нека първо помислим за различните параметри, които знаем, че можем да измерим за един газ на макрониво. Какво имам предвид под макро? Имам предвид в голям мащаб, който е много по-голям от мащаба на атомите или молекулите. Знаем кои са различните параметри, които можем да измерим. Можем да измерим налягането. Откъде можем да го измерим? Налягането е просто силата, която действа на единица площ. Можем да го измерим. Има различни уреди, които може да се използват за измерване на налягането, в зависимост от това за какви цели е измерването. Силата можеш да измериш с пружини и можеш да приложиш определени сили към определени квадратни площи. Има различни начини, по които можем да измерим налягането. Можем да измерим налягането на газа в един съд. Можеш да измериш обема на съда. Това е доста лесно. Можеш да си представиш съд, който изглежда ето така, това е съдът. Знаем как да намерим обема на правоъгълна призма като тази, както и обема на сфера или на друга фигура. Има много начини да измерим обема, дори без да можем да наблюдаваме или дори да знаем, че съществуват неща като молекули. Знаем как да измерим температурата, за което можем да използваме различни скали. Най-често използваме Келвин, понеже това е по-абсолютна скала, но буквално можеш да използваш термометри, за да измериш температурата. И, отново, можеш да измериш температурата без да знаеш нищо за атомите и молекулите и дори дали те съществуват. Също можеш да измериш количеството вещество. И, в частност, можем да кажем, че можем да измерим броя молове. Може да попиташ дали моловете не включват определен брой от молекула или атом. Ами, включват, но идеята за мол всъщност е съществувала дори преди да знаем колко молекули, колко частици изграждат един мол. Просто е разглеждано като количество, при което хората знаели, че трябва да има някакъв брой частици, но не знаели точно. Всички тези неща можем да измерим на макрониво. И знаем, че можем да свържем всички тях със закона за идеалния газ, което гласи, че налягането по обема е равно на количеството газ, с което работим – тук, разбира се, говорим за идеален газ, а в бъдещи видеа ще говорим как някои газове се доближават до идеалния, докато някои са не дотам идеални. Но количеството, което имаме, показва броя молове. Имаш идеалната газова константа, с която трябва да съгласуваме единиците, в зависимост от единиците за останалите параметри. И имаш температурата, измерена в Келвини. И учените, дълго преди да са знаели каквото и да било за атомите, или дори да са можели да наблюдават атоми или молекули директно или индиректно, успели да установят тази зависимост, като използвали тези макро параметри. Но как тези макроизмервания и тази зависимост логически се свързват на молекулно ниво? И това ни предоставя молекулно-кинетичната теория. Тя ни казва да си представим, че газът се състои от куп много, много малки частици. Това са газовите молекули. Общият им обем е много малък в сравнение с обема на съда. Между тези частици има предимно празно пространство. Налягането е резултат от това, че тези частици отскачат от страните на съда. Понеже във всеки даден момент имаш достатъчно частици, отскачащи от стената на всяка единица площ, така че те упражняват сила на единица площ. Упражняват налягане. Тази теория приема, че тези сблъсъци са онези, познати като еластични, което ще проучим в повече детайли в курса по физика, но по същество ни казва, че кинетичната енергия бива запазена. Може вече да ти е позната идеята, че кинетичната енергия е равна на 1/2 по масата по скоростта на квадрат. И кинетичната енергия на тези частици, когато те отскочат, масата не се променя... Масата на частиците пак е тук. И казваме, че скоростта ще бъде запазена. Тоест имаш всички тези наистина малки частици, за които общият им обем е малък в сравнение с обема на съда. Те упражняват налягане при тези еластични сблъсъци със стените на съда. Температурата е свързана със средната кинетична енергия на тези частици. Тя ще е пропорционална. Колкото по-висока е температурата, толкова по-висока е средната кинетична енергия. Средната кинетична енергия е много важна, понеже някои от тези частици може да се движат по-бързо от други. И, разбира се, n, броят молове, ни казва с колко частици работим. Знаем, че всеки мол има брой частици, равен на числото на Авогадро. Ако просто умножиш броя молове по числото на Авогадро, получаваш броя частици. И готиното на молекулно-кинетичната теория е – знам, че това е просто теория, но това е фундаментално нещото, което химиците и физиците онагледяват, когато представят газ в някакъв вид съд. И за да направим нещата по-ясни, ще ти покажа аксиомите на молекулно-кинетачината теория, това са нейните допускания. Важно е да осъзнаваме, че това са допускания, а в реалния живот имаме леки вариации от тях, но тези предположения са изключително полезни при обясняването на поведението на газовете. Вече говорихме за това. Газът се състои от частици в постоянно случайно движение. Вече говорихме за това. Те отскачат от стените на съда. Комбинираният обем на частиците е пренебрежим в сравнение с общия обем, в който газът е затворен. И това също има значение, когато разглеждаме неща като идеални газове, понеже ако това спре да е пренебрежимо малко, тогава трябва да започнеш да мислиш малко повече за взаимодействията на отблъскване и привличане. Частиците на газа не упражняват сили на привличане или на отблъскване едни върху други. И това надгражда върху последното твърдение, което споменах, което е, че ако го правеха, тогава щяха да са по-близо до неидеален газ. И ще говорим за това в други видеа. Сблъсъците между частиците са напълно еластични. Тоест те запазват кинетична енергия и също така запазват импулса си. Средната кинетична енергия на частиците е пропорционална на температурата по Келвин. И вече говорихме за това, че макропроменливата, макропоказанието за температурата ни показва... е пропорционално на средната кинетична енергия на частиците.