התיאוריה הקינטית של טמפרטורה ולחץ
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| kinetic theory/kɪˈnetɪk ˈθɪəri/ | תיאוריה קינטית |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | קלווין |
חימום גז — והכלי שלך הופך את חלקיו לטסו מהר יותר
- לחמם גז ואין שום שינוי נראה לעין, אך חלקיקיו הקטנים מתחילים לנוע במהירות רבה יותר.
- טמפרטורה היא, בגלגולה, מדד לכמה החלקיקים רועדים וטסים במהירות.
- הגז גם דוחף על מיכלו — לחץ — משום שהחלקיקים ממשיכים להתנגש בקירות.
- התיאוריה הקינטית מסבירה שניהם מתמונה אחת: אינסוף חלקיקים בתנועה מתמדת.
גז מורכב בעיקר מרוק
- גז הוא אשפה של חלקיקים קטנים, רחוקים זה מזה, הנמצאים בתנועה אקראית מתמדת.
- הם טסים בקווים ישרים עד שהם נתקלים זה בזה או בקירות.
- בין ההתנגשויות הם כמעט לא מרגישים כל כוח — המרחב מורכב בעיקר מרוק.
- דגם פשוט זה חוזה התנהגות אמיתית של גזים בצורה מדהימה.
מהירה יותר בטמפרטורה גבוהה יותר
הגבר את הטמפרטורה וצפו בהזזה של חלוקת מהירות החלקיקים למהירויות גבוהות יותר.
לגז חם יותר יש חלקיקים הנעים ____ בממוצע.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
טמפרטורה גבוהה יותר פירושה אנרגיה קינטית ממוצעת גבוהה יותר, ולכן חלקיקים מהירים יותר.
הטמפרטורה היא אנרגיה קינטית ממוצעת
- טמפרטורה פרופורציונלית ל-אנרגיה קינטית ממוצעת של החלקיקים.
- גז חם יותר ⇒ חלקיקים מהירים יותר ⇒ יותר אנרגיה קינטית לכל חלקיק.
- בסקאלה קלווין, הכפלת הטמפרטורה כופלת את האנרגיה הקינטית הממוצעת.
- בטמפרטורת האפס המוחלט ($0\ \text{K}$) תנועת החלקיקים היא במינימום המוחלט.
בתיאוריה הקינטית, הטמפרטורה של גז היא מדד ל:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הטמפרטורה פרופורציונלית לאנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים.
הכפלת הטמפרטורה בקלווין של גז מכפילה את האנרגיה הקינטית הממוצעת של חלקיקיו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
בסולם הקלווין, האנרגיה הקינטית הממוצעת פרופורציונלית לטמפרטורה.
הלחץ נובע מהתנגשויות
- כל חלקיק שקופץ מהקיר מעניק לו דחיפה זעירה.
- לחץ הוא הסכום הכולל של כל ההתנגשויות אלו, מפוזר על שטח הקיר.
- כמות חלקיקים גדולה יותר, מהירות חלקיקים גבוהה יותר או תיבה קטנה יותר מובילים כולם ליותר התנגשויות וללחץ גבוה יותר.
- לכן גם הטמפרטורה וגם הלחץ נובעים בתוך סופו של דבר מתנועת החלקיקים.
מהו הגורם שגורם ללחץ שמפעיל גז על מיכלו?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
כל התנגשות עם קיר מעניקה דחיפה קטנה; יחד הן יוצרות את הלחץ.
בחרו את כל הדרכים להגברת הלחץ של גז במיכל קבוע.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
יותר או חלקיקים מהירים יותר, או פחות מקום, כולם משמעותם התנגשויות תדירות וקשות יותר. קירור מוריד את הלחץ.
עלי למדוד טמפרטורה ב-קלווין כדי שיתקיימו הקשרים של תורת המכניקה הקינטית. המשפט "הכפלת הטמפרטורה מכפילה את האנרגיה הקינטית הממוצעת" נכון רק בקנה-מידה ה-קלווין — לעולם לא ב$^\circ\text{C}$. יש להמיר לקלווין תחילה: $T_K = T_C + 273$.
מירג$27\ ^\circ\text{C}$ לקלווין (השתמשו ב$T_K = T_C + 273$).
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T_K = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
תיבת גז אטומה וקשיחה מחוממת עד שהטמפרטורה הקלווין שלה מכפילה.
- האנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים גם היא מכפילה.
- החלקיקים פוגעים בקירות בחוזקה ובתדר גבוה יותר, ולכן הלחץ כמעט מכפיל גם הוא.
תורת המכניקה הקינטית מדגמת גז כסך של חלקיקים זעירים הנמצאים בתנועה אקראית מתמשכת. טמפרטורה (בקלווין) פרופורציונלית לאנרגיה הקינטית הממוצעת שלהם, ולחץ נובע מהתנגשותם עם הקירות. טמפרטורה גבוהה יותר והצפפה גבוהה יותר פוגעות בשני מקרים בלחץ גבוה יותר.