النظرية الحركية للحرارة والضغط
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| kinetic theory/kɪˈnetɪk ˈθɪəri/ | النظرية الحركية |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | كلفن |
سخّن غازاً — وقد جعلت جزيئاته تطير أسرع
- دفئ غازاً ولا يتغير شيء مرئي، إلا أن جزيئاته الدقيقة تبدأ بالسباق حولها بسرعة أكبر.
- درجة الحرارة هي، في جوهرها، مقياس لسرعة اهتزاز وجريان الجزيئات.
- الغاز يدفع أيضاً على وعائه — الضغط — لأن الجزيئات تستمر في الاصطدام بالجدران.
- النظرية الحركية تفسر الاثنين من صورة واحدة: عدد لا حصر له من الجزيئات في حركة مستمرة.
الغاز عبارة عن فراغ في الغالب
- الغاز سرب من الجزيئات الصغيرة، متباعدة، في حركة عشوائية مستمرة.
- يطير في خطوط مستقيمة حتى يصطدم ببعضه البعض أو بالجدران.
- بين الاصطدامات، لا يشعرون بأي قوة تقريباً — الفراغ هو الغالب.
- هذا النموذج البسيط يتنبأ بسلوك الغاز الحقيقي بدقة مذهلة.
أسرع عند درجة حرارة أعلى
ارفع درجة الحرارة وشاهد توزيع سرعة الجسيمات يتحول نحو السرعات الأعلى.
الغاز الأكثر سخونة له جسيمات تتحرك ____ في المتوسط.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
درجة حرارة أعلى تعني طاقة حركية أكبر في المتوسط، لذا جسيمات أسرع.
درجة الحرارة هي الطاقة الحركية المتوسطة
- درجة الحرارة متناسبة طردياً مع الطاقة الحركية المتوسطة للجزيئات.
- غاز ساخن ⇒ جزيئات أسرع ⇒ طاقة حركية أكثر لكل جزيء.
- على مقياس الكلفن، مضاعفة درجة الحرارة تضاعف الطاقة الحركية المتوسطة.
- عند الصفر المطلق ($0\ \text{K}$)، تكون حركة الجزيئات في أدنى حد ممكن.
في النظرية الحركية، تمثل درجة حرارة الغاز مقياساً لـ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
درجة الحرارة متناسبة طردياً مع متوسط الطاقة الحركية للجسيمات.
مضاعفة درجة حرارة الغاز بالكلفن تضاعف متوسط الطاقة الحركية لجسيماته.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
على مقياس الكلفن، تكون الطاقة الحركية المتناسبة طردياً مع درجة الحرارة.
الضغط ينتج عن الاصطدامات
- كل جزيء يرتد عن الجدار يمنحه دفعة صغيرة.
- الضغط هو مجموع قوى جميع تلك الاصطدامات، موزعة على مساحة الجدار.
- زيادة عدد الجزيئات، أو سرعة الجزيئات، أو صغر الحجم كلها تعني زيادة الاصطدامات وارتفاع الضغط.
- لذا فإن درجة الحرارة والضغط كلاهما يعودان إلى حركة الجزيئات.
ما الذي يسبب الضغط الذي يبذله غاز على حاويته؟
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
كل تصادم مع الجدار يعطي دفعاً صغيراً؛ مجتمعةً تُشكل الضغط.
حدد جميع الطرق لزيادة ضغط الغاز في حاوية ثابتة الحجم.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
جسيمات أكثر أو أسرع، أو مساحة أقل، كلها تعني تصادمات أكثر تكراراً وأشد. التبريد يخفض الضغط.
يجب قياس درجة الحرارة بـالكلفن لعلاقات النظرية الحركية. "مضاعفة درجة الحرارة تضاعف الطاقة الحركية المتوسطة" صحيح فقط على مقياس الكلفن — أبداً في $^\circ\text{C}$. حول للكلفن أولاً: $T_K = T_C + 273$.
حوّل $27\ ^\circ\text{C}$ إلى كلفن (استخدم $T_K = T_C + 273$).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T_K = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
صندوق محكم ومُصلب به غاز سُخّن بحيث تضاعفت درجة حرارته بالكلفن.
- الطاقة الحركية المتوسطة للجزيئات أيضاً تضاعفت.
- الجزيئات تصطدم بالجدران بقوة أكبر وأكثر تكراراً، لذا يتضاعف الضغط تقريباً أيضاً.
النظرية الحركية تصف الغاز بأنه عدد كبير من الجسيمات الصغيرة التي تتحرك بشكل عشوائي ومستمر. درجة الحرارة (بالكلفن) متناسبة طردياً مع متوسط طاقتها الحركية، ويحدث الضغط نتيجة اصطدامها بالجدران. ارتفاع درجة الحرارة وكثرة الجسيمات في نفس الوقت يعنيان زيادة الضغط.