บทความนี้ยังต้องการเพิ่มเพื่อ |
ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส (อังกฤษ: kinetic theory of gases) เป็นทฤษฎีที่พยายามอธิบายสมบัติต่าง ๆ ของแก๊สโดยศึกษาจากทิศทางเคลื่อนที่ของโมเลกุลแก๊สและลักษณะของโมเลกุลแก๊ส
![image](https://www.wiki3.th-th.nina.az/image/aHR0cHM6Ly93d3cud2lraTMudGgtdGgubmluYS5hei9pbWFnZS9hSFIwY0hNNkx5OTFjR3h2WVdRdWQybHJhVzFsWkdsaExtOXlaeTkzYVd0cGNHVmthV0V2WTI5dGJXOXVjeTgyTHpaa0wxUnlZVzV6YkdGMGFXOXVZV3hmYlc5MGFXOXVMbWRwWmc9PS5naWY=.gif)
ในช่วงแรก การเริ่มศึกษาทฤษฎีนี้โดยเจมส์ คลาร์ก แมกซ์เวลล์ นับเป็นจุดเริ่มต้นของการศึกษาอุณหพลศาสตร์ในมุมมองจุลภาค คือศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพลังงาน อุณหภูมิ และการเคลื่อนที่ของอะตอม โดยใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันโดยตรง แทนที่จะเป็นการศึกษาอุณหพลศาสตร์แบบดั้งเดิมที่ทำกันในมุมมองของระดับ คือการศึกษาความสัมพันธ์ของค่าเฉลี่ยของคุณสมบัติต่าง ๆ ในที่สามารถวัดได้ เช่น ความดัน หรือปริมาตร ความสำเร็จของทฤษฎีนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นเริ่มเชื่อว่า อะตอม มีอยู่จริง (ในสมัยนั้นยังมีการถกเถียงเรื่องนี้กันอยู่กว้างขวาง)
สมมติฐาน
ทฤษฎีนี้คิดโดยอาศัยสมมติฐานต่อไปนี้
- แก๊สประกอบด้วยอนุภาคมีมวลที่เล็กมากเรียกว่า โมเลกุล
- แก๊สเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ในทิศทางที่ไม่แน่นอน จนกว่าที่จะชนกับภาชนะหรือชนกับโมเลกุลอื่น
- การชนระหว่างโมเลกุลของแก๊สสองโมเลกุลเป็น
- การชนระหว่างโมเลกุลของแก๊สกับผิวภาชนะเป็นการชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์
- แรงที่แก๊สกระทำต่อโมเลกุลอื่นมีขนาดน้อยมากจนไม่สนใจได้ ยกเว้นเมื่อชนกับโมเลกุลอื่นหรือชนกับภาชนะ
- ปริมาตรรวมของโมเลกุลแก๊สมีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับปริมาตรของภาชนะ
- ระยะห่างระหว่างโมเลกุลมีค่ามากเมื่อเทียบกับขนาดโมเลกุล
- พลังงานจลน์ของระบบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น ปัจจัยอื่นมีผลน้อยมาก
- ก๊าซจำนวนหนึ่งมีความดัน 275 กิโลนิวตัน ปริมาตร 0.09 ลูกบาศก์เมตรและอุณหภูมิ 185 องศาเซลเซียส ถ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะที่มีความดันคงที่จนอุณหภูมิลดลงเหลือ 15 องศาเซลเซียส จงหาปริมาณความร้อนและงานที่ใช้โดยกำหนดให้ค่าคงที่เฉพาะของก๊าซ R = 0.29 kJ/kg-K
แก๊สที่มีสมบัติครบตามสมมติฐานดังกล่าวจัดเป็นหรือแก๊สสมมุติ ในความเป็นจริงแก๊สที่จะเป็นไปตามนี้ได้ ต้องมีความหนาแน่นน้อยมากและมีอุณหภูมิสูง
การใช้ทฤษฎีจลน์อธิบายสมบัติของแก๊ส
ทฤษฎีจลน์ของแก๊สสามารถใช้อธิบายสมบัติของแก๊สในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิ ความดัน ปริมาตร และ (หรือโมล) ของแก๊สได้
ทำไมแก๊สจึงมีรูปร่างและปริมาตรไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับภาชนะที่บรรจุ
ตามทฤษฎีจลน์ของแก๊สทราบว่าโมเลกุลของแก๊สนั้นมีขนาดเล็กมาก ไม่มีระหว่างกันและกัน ดังนั้นไม่ว่าจะบรรจุแก๊สไว้ในภาชนะใดก็ตาม โมเลกุลของแก๊สก็จะเคลื่อนที่แพร่กระจายเต็มพื้นที่ภาชนะที่บรรจุ จึงทำให้แก๊สนั้นมีรูปร่างเหมือนภาชนะที่บรรจุ และแก๊สนั้นจะมีปริมาตรเท่าภาชนะที่บรรจุด้วย
ทำไมแก๊สจึงมีความดัน
ตามทฤษฎีจลน์ของแก๊สกล่าวว่าโมเลกุลของแก๊สแต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอยู่ตลอดเวลาด้วยอัตราเร็วคงที่เกิดการชนกันเองและชนผนังภาชนะอยู่ตลอดเวลา การที่โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ชนผนังภาชนะอยู่ตลอดเวลา ทำให้เกิดแรงดัน และผลรวมของแรงดันทั้งหมดที่มีต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่เรียกว่า ความดันของแก๊ส
ทำไมปริมาตรของแก๊สจึงแปรผกผันกับความดัน เมื่ออุณหภูมิและจำนวนโมลคงที่ (กฎของบอยล์)
ที่อุณหภูมิคงที่ ของแก๊สชนิดเดียวกันจะมีค่าคงที่ และที่อุณหภูมิคงที่แก๊สทุกชนิดมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน มาอธิบาย ดังนั้น จากความสัมพันธ์ที่ว่า เมื่ออุณหภูมิคงที่ ปริมาตรของแก๊สแปรผกผันกับความดัน คือเมื่อปริมาตรของแก๊สลดลง ความดันของแก๊สจะเพิ่มขึ้น และเมื่อปริมาตรของแก๊สเพิ่มขึ้น ความดันของแก๊สจะลดลง อธิบายได้ว่า การลดปริมาตรแล้วทำให้ความดันเพิ่มขึ้น เพราะการลดปริมาตรโดยอุณหภูมิคงที่ถึงแม้ว่าโมเลกุลของแก๊สจะมีความเร็วเฉลี่ยและพลังงานจลน์เฉลี่ยคงที่ แต่โมเลกุลของแก๊สจะชนผนังภาชนะบ่อยครั้งขึ้นจึงเกิดแรงดันมากขึ้น ทำให้ความดันของแก๊สเพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม ถ้าเพิ่มปริมาตรทำให้ความดันลดลง เพราะการเพิ่มปริมาตร ทำให้โมเลกุลของแก๊สชนผนังภาชนะด้วยความถี่ลดลง แรงดันจึงลดลงทำให้ความดันของแก๊สลดลง
ทำไมความดันของแก๊สจึงแปรผันตรงกับจำนวนโมล หรือจำนวนโมเลกุลของแก๊สเมื่ออุณหภูมิและปริมาตรคงที่
เนื่องจากโมเลกุลของแก๊สแต่ละโมเลกุลมีการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงอยู่ตลอดเวลาในอัตราเร็วเฉลี่ยคงที่เมื่ออุณหภูมิคงที่ ดังนั้นเมื่อเพิ่มจำนวนโมเลกุล จะทำให้โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ชนผนังภาชนะบ่อยครั้งขึ้น เป็นเหตุให้เกิดแรงดันมากขึ้น ในทางตรงกันข้าม ถ้าลดจำนวนโมเลกุลของแก๊ส จะทำให้โมเลกุลของแก๊สเคลื่อนที่ชนผนังภาชนะด้วยความถี่ลดลง ทำให้แรงดันลดลง นั้นคือความดันของแก๊สลดลง
ความดัน
ก๊าซจำนวนหนึ่งมีความดัน 275 กิโลนิวตัน ปริมาตร 0.09 ลูกบาศก์เมตรและอุณหภูมิ 185 องศาเซลเซียส ถ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะที่มีความดันคงที่จนอุณหภูมิลดลงเหลือ 15 องศาเซลเซียส จงหาปริมาณความร้อนและงานที่ใช้โดยกำหนดให้ค่าคงที่เฉพาะของก๊าซ R = 0.29 kJ/kg-K โดยความดันขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำระหว่างภาชนะกับโมเลกุลจากการชน
สมมติให้มีแก๊ส N โมเลกุล แต่ละโมเลกุลมีมวล m อยู่ในภาชนะลูกบาศก์ยาวด้านละ l ปริมาตร V
ถ้าแก๊สโมเลกุลหนึ่งกำลังเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วตามแกน x เป็น ไปชนกับภาชนะ เนื่องจากเป็นการชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ ความเร็วหลังชนจึงเป็น
โมเมนตัมที่เปลี่ยนไปเป็น
แรงที่ผนังกระทำต่อแก๊ส
เวลานับจากที่แก๊สชนภาชนะด้านหนึ่งกลับมาชนที่เดิมอีกครั้งเป็น
มีแก๊ส N โมเลกุล
ความดัน เนื่องจากแก๊สเคลื่อนที่ในสามมิติ ความเร็ว v จะได้
จะได้ว่า
เนื่องจากเป็นแก๊สในภาชนะเดียวกัน ความดันตามแนว x y z เท่ากันและเท่ากับความดันของแก๊ส
ให้ เป็นค่าเฉลี่ยกำลังสองของความเร็ว ซึ่งได้จาก
เมื่อ คือความหนาแน่นของแก๊ส
หรือ จาก
ก๊าซจำนวนหนึ่งมีความดัน 275 กิโลนิวตัน ปริมาตร 0.09 ลูกบาศก์เมตรและอุณหภูมิ 185 องศาเซลเซียส ถ้าเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาวะที่มีความดันคงที่จนอุณหภูมิลดลงเหลือ 15 องศาเซลเซียส จงหาปริมาณความร้อนและงานที่ใช้โดยกำหนดให้ค่าคงที่เฉพาะของก๊าซ R = 0.29 kJ/kg-K
อ้างอิง
- สำราญ พฤกษ์สุนทร, คัมภีร์เคมี ฉบับสมบูรณ์ ม.4-5-6, สำนักพิมพ์ พ.ศ.พัฒนา, พิมพ์ที่ โรงพิมพ์เพิ่มทรัพย์การพิมพ์, หน้า 313-314,
wikipedia, แบบไทย, วิกิพีเดีย, วิกิ หนังสือ, หนังสือ, ห้องสมุด, บทความ, อ่าน, ดาวน์โหลด, ฟรี, ดาวน์โหลดฟรี, mp3, วิดีโอ, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, รูปภาพ, เพลง, เพลง, หนัง, หนังสือ, เกม, เกม, มือถือ, โทรศัพท์, Android, iOS, Apple, โทรศัพท์โมบิล, Samsung, iPhone, Xiomi, Xiaomi, Redmi, Honor, Oppo, Nokia, Sonya, MI, PC, พีซี, web, เว็บ, คอมพิวเตอร์
bthkhwamniyngtxngkarephimaehlngxangxingephuxphisucnkhwamthuktxngkhunsamarthphthnabthkhwamniidodyephimaehlngxangxingtamsmkhwr enuxhathikhadaehlngxangxingxacthuklbxxk haaehlngkhxmul thvsdiclnkhxngaeks khaw hnngsuxphimph hnngsux skxlar JSTOR eriynruwacanasaraemaebbnixxkidxyangiraelaemuxir thvsdiclnkhxngaeks xngkvs kinetic theory of gases epnthvsdithiphyayamxthibaysmbtitang khxngaeksodysuksacakthisthangekhluxnthikhxngomelkulaeksaelalksnakhxngomelkulaeksxunhphumikhxngaephpphaeksxudmkhtiepnekhruxngchiwdphlngnganclnechliykhxngxatxminrabb inchwngaerk karerimsuksathvsdiniodyecms khlark aemksewll nbepncuderimtnkhxngkarsuksaxunhphlsastrinmummxngculphakh khuxsuksakhwamsmphnthrahwangphlngngan xunhphumi aelakarekhluxnthikhxngxatxm odyichkdkarekhluxnthikhxngniwtnodytrng aethnthicaepnkarsuksaxunhphlsastraebbdngedimthithakninmummxngkhxngradb khuxkarsuksakhwamsmphnthkhxngkhaechliykhxngkhunsmbtitang inthisamarthwdid echn khwamdn hruxprimatr khwamsaerckhxngthvsdini thaihnkwithyasastrinsmynnerimechuxwa xatxm mixyucring insmynnyngmikarthkethiyngeruxngniknxyukwangkhwang smmtithanthvsdinikhidodyxasysmmtithantxipni aeksprakxbdwyxnuphakhmimwlthielkmakeriykwa omelkul aeksekhluxnthiepnesntrngdwykhwamerwkhngthiinthisthangthiimaennxn cnkwathicachnkbphachnahruxchnkbomelkulxun karchnrahwangomelkulkhxngaekssxngomelkulepn karchnrahwangomelkulkhxngaekskbphiwphachnaepnkarchnaebbyudhyunsmburn aerngthiaekskrathatxomelkulxunmikhnadnxymakcnimsnicid ykewnemuxchnkbomelkulxunhruxchnkbphachna primatrrwmkhxngomelkulaeksmikhanxymakemuxethiybkbprimatrkhxngphachna rayahangrahwangomelkulmikhamakemuxethiybkbkhnadomelkul phlngnganclnkhxngrabbkhunxyukbxunhphumiethann pccyxunmiphlnxymak kascanwnhnungmikhwamdn 275 kiolniwtn primatr 0 09 lukbaskemtraelaxunhphumi 185 xngsaeslesiys thaekidkarepliynaeplngsphawathimikhwamdnkhngthicnxunhphumildlngehlux 15 xngsaeslesiys cnghaprimankhwamrxnaelanganthiichodykahndihkhakhngthiechphaakhxngkas R 0 29 kJ kg K aeksthimismbtikhrbtamsmmtithandngklawcdepnhruxaekssmmuti inkhwamepncringaeksthicaepniptamniid txngmikhwamhnaaennnxymakaelamixunhphumisungkarichthvsdiclnxthibaysmbtikhxngaeksthvsdiclnkhxngaekssamarthichxthibaysmbtikhxngaeksineruxngthiekiywkhxngkbxunhphumi khwamdn primatr aela hruxoml khxngaeksid thaimaekscungmiruprangaelaprimatrimaennxnkhunxyukbphachnathibrrcu tamthvsdiclnkhxngaeksthrabwaomelkulkhxngaeksnnmikhnadelkmak immirahwangknaelakn dngnnimwacabrrcuaeksiwinphachnaidktam omelkulkhxngaekskcaekhluxnthiaephrkracayetmphunthiphachnathibrrcu cungthaihaeksnnmiruprangehmuxnphachnathibrrcu aelaaeksnncamiprimatrethaphachnathibrrcudwy thaimaekscungmikhwamdn tamthvsdiclnkhxngaeksklawwaomelkulkhxngaeksaetlaomelkulekhluxnthiepnesntrngxyutlxdewladwyxtraerwkhngthiekidkarchnknexngaelachnphnngphachnaxyutlxdewla karthiomelkulkhxngaeksekhluxnthichnphnngphachnaxyutlxdewla thaihekidaerngdn aelaphlrwmkhxngaerngdnthnghmdthimitxhnunghnwyphunthieriykwa khwamdnkhxngaeks thaimprimatrkhxngaekscungaeprphkphnkbkhwamdn emuxxunhphumiaelacanwnomlkhngthi kdkhxngbxyl thixunhphumikhngthi khxngaekschnidediywkncamikhakhngthi aelathixunhphumikhngthiaeksthukchnidmiphlngnganclnechliyethakn maxthibay dngnn cakkhwamsmphnththiwa emuxxunhphumikhngthi primatrkhxngaeksaeprphkphnkbkhwamdn khuxemuxprimatrkhxngaeksldlng khwamdnkhxngaekscaephimkhun aelaemuxprimatrkhxngaeksephimkhun khwamdnkhxngaekscaldlng xthibayidwa karldprimatraelwthaihkhwamdnephimkhun ephraakarldprimatrodyxunhphumikhngthithungaemwaomelkulkhxngaekscamikhwamerwechliyaelaphlngnganclnechliykhngthi aetomelkulkhxngaekscachnphnngphachnabxykhrngkhuncungekidaerngdnmakkhun thaihkhwamdnkhxngaeksephimkhun inthangtrngknkham thaephimprimatrthaihkhwamdnldlng ephraakarephimprimatr thaihomelkulkhxngaekschnphnngphachnadwykhwamthildlng aerngdncungldlngthaihkhwamdnkhxngaeksldlng thaimkhwamdnkhxngaekscungaeprphntrngkbcanwnoml hruxcanwnomelkulkhxngaeksemuxxunhphumiaelaprimatrkhngthi enuxngcakomelkulkhxngaeksaetlaomelkulmikarekhluxnthiepnesntrngxyutlxdewlainxtraerwechliykhngthiemuxxunhphumikhngthi dngnnemuxephimcanwnomelkul cathaihomelkulkhxngaeksekhluxnthichnphnngphachnabxykhrngkhun epnehtuihekidaerngdnmakkhun inthangtrngknkham thaldcanwnomelkulkhxngaeks cathaihomelkulkhxngaeksekhluxnthichnphnngphachnadwykhwamthildlng thaihaerngdnldlng nnkhuxkhwamdnkhxngaeksldlngkhwamdnkascanwnhnungmikhwamdn 275 kiolniwtn primatr 0 09 lukbaskemtraelaxunhphumi 185 xngsaeslesiys thaekidkarepliynaeplngsphawathimikhwamdnkhngthicnxunhphumildlngehlux 15 xngsaeslesiys cnghaprimankhwamrxnaelanganthiichodykahndihkhakhngthiechphaakhxngkas R 0 29 kJ kg K odykhwamdnkhunxyukbaerngthikratharahwangphachnakbomelkulcakkarchn smmtiihmiaeks N omelkul aetlaomelkulmimwl m xyuinphachnalukbaskyawdanla l primatr V thaaeksomelkulhnungkalngekhluxnthiipdwykhwamerwtamaekn x epn vx displaystyle v x ipchnkbphachna enuxngcakepnkarchnaebbyudhyunsmburn khwamerwhlngchncungepn vx displaystyle v x omemntmthiepliynipepn 2mvx displaystyle 2mv x aerngthiphnngkrathatxaeks F DPDt displaystyle F frac Delta P Delta t dd dd ewlanbcakthiaekschnphachnadanhnungklbmachnthiedimxikkhrngepn 2lvx displaystyle 2l over v x DPDt 2mvx2lvx mvx2l displaystyle frac Delta P Delta t frac 2mv x frac 2l v x frac mv x 2 l dd dd miaeks N omelkul Fx imvxi2l displaystyle sum F x sum i frac mv xi 2 l dd dd khwamdn Px FA ml ivxi2l2 mV ivxi2 displaystyle P x frac F A frac frac m l sum i v xi 2 l 2 frac m V sum i v xi 2 enuxngcakaeksekhluxnthiinsammiti khwamerw v caid v2 vx2 vy2 vz2 displaystyle v 2 v x 2 v y 2 v z 2 dd dd caidwa mV ivi2 mV ivxi2 mV ivyi2 mV ivzi2 displaystyle frac m V sum i v i 2 frac m V sum i v xi 2 frac m V sum i v yi 2 frac m V sum i v zi 2 mV ivi2 Px Py Pz displaystyle frac m V sum i v i 2 P x P y P z dd dd enuxngcakepnaeksinphachnaediywkn khwamdntamaenw x y z ethaknaelaethakbkhwamdnkhxngaeks Pgas Px Py Pz 13mV ivi2 displaystyle P gas P x P y P z frac 1 3 frac m V sum i v i 2 dd dd ih vrms2 displaystyle v rms 2 epnkhaechliykalngsxngkhxngkhwamerw sungidcak vrms2 v12 v22 vN2N 1N ivi2 displaystyle v rms 2 frac v 1 2 v 2 2 v N 2 N frac 1 N sum i v i 2 Nvrms2 ivi2 displaystyle Nv rms 2 sum i v i 2 Pgas mNvrms23V displaystyle P gas frac mNv rms 2 3V Pgas 13rvrms2 displaystyle P gas frac 1 3 rho v rms 2 dd dd emux r displaystyle rho khuxkhwamhnaaennkhxngaeks hrux cak Pgas mNvrms23V displaystyle P gas frac mNv rms 2 3V PV mNvrms23 displaystyle PV frac mNv rms 2 3 PV 23N 12mvrms2 displaystyle PV frac 2 3 N frac 1 2 mv rms 2 PV 23N E K displaystyle PV frac 2 3 N cdot E K dd dd kascanwnhnungmikhwamdn 275 kiolniwtn primatr 0 09 lukbaskemtraelaxunhphumi 185 xngsaeslesiys thaekidkarepliynaeplngsphawathimikhwamdnkhngthicnxunhphumildlngehlux 15 xngsaeslesiys cnghaprimankhwamrxnaelanganthiichodykahndihkhakhngthiechphaakhxngkas R 0 29 kJ kg Kxangxingsaray phvkssunthr khmphirekhmi chbbsmburn m 4 5 6 sankphimph ph s phthna phimphthi orngphimphephimthrphykarphimph hna 313 314 ISBN 978 974 9719 57 2