Les atomes ou molécules de gaz agissent presque indépendamment les uns des autres par rapport aux liquides ou aux solides, dont les particules ont une plus grande corrélation. En effet, un gaz peut occuper des milliers de fois plus de volume que le liquide correspondant. La vitesse quadratique moyenne des particules de gaz varie directement avec la température, selon la «distribution de vitesse Maxwell». Cette équation permet de calculer la vitesse à partir de la température.
Dérivation de l'équation de distribution de vitesse Maxwell
Apprenez la dérivation et l'application de l'équation de distribution de vitesse Maxwell. Cette équation est basée sur et dérivée de l'équation de la loi des gaz parfaits:
PV \u003d nRT
où P est la pression, V est le volume (pas la vitesse), n est le nombre de moles de gaz particules, R est la constante de gaz idéale et T est la température.
Étudiez comment cette loi des gaz est combinée avec la formule de l'énergie cinétique:
KE \u003d 1/2 mv ^ 2 \u003d 3 /2 k T.
Appréciez le fait que la vitesse d'une seule particule de gaz ne peut pas être dérivée de la température du gaz composite. En substance, chaque particule a une vitesse différente et a donc une température différente. Ce fait a été mis à profit pour dériver la technique du refroidissement laser. Cependant, dans son ensemble ou dans un système unifié, le gaz a une température qui peut être mesurée.
Calculez la vitesse quadratique moyenne des molécules de gaz à partir de la température du gaz en utilisant l'équation suivante:
Vrms \u003d (3RT /M) ^ (1/2)
Assurez-vous d'utiliser les unités de manière cohérente. Par exemple, si le poids moléculaire est pris en grammes par mole et que la valeur de la constante de gaz idéale est en joules par mole par degré Kelvin, et que la température est en degrés Kelvin, alors la constante de gaz idéal est en joules par mole -degrés Kelvin, et la vitesse est en mètres par seconde.
Pratique avec cet exemple: si le gaz est de l'hélium, le poids atomique est de 4,002 grammes /mole. À une température de 293 degrés Kelvin (environ 68 degrés Fahrenheit) et avec la constante de gaz idéale étant de 8,314 joules par mole-degré Kelvin, la vitesse quadratique moyenne des atomes d'hélium est:
(3 x 8,314 x 293 /4,002) ^ (1/2) \u003d 42,7 mètres par seconde.
Utilisez cet exemple pour calculer la vitesse à partir de la température.
