מודל חלקיקי התנועה הקינטית
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| particles/ˈpɑːtɪklz/ | חלקיקים |
| kinetic particle model/kɪˈnetɪk ˈpɑːtɪkl ˈmɒdl/ | מודל חלקיקי-קינטי |
| solid/ˈsɒlɪd/ | מוצק |
| liquid/ˈlɪkwɪd/ | נוזל |
| gas/ɡæs/ | גז |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | טמפרטורה |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | אפס מוחלט |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | קלווין |
| Brownian motion/ˈbraʊnɪən ˈməʊʃn/ | תנועת בראוני |
הכל עשוי מחלקיקים
- אם תסתכל בקפדנות, תראה שכל החומר מורכב מחלקיקים זעירים שלא מפסיקים לעולם להזוז.
- רעיון אחד זה — מודל החלקיקים הקינטי — מסביר מוצקים, נוזלים, גזים, חום ולחץ.
- בואו נסתכל מה החלקיקים עושים.
שלושת מצבי החומר
- מוצק — חלקיקים ארוזים בדפוס סדור, רק מתנדנד. צורה ונפח קבועים.
- נוזל — חלקיקים עדיין קרובים אך מעורבלים; הם מחליקים זה על גבי זה. נפח קבוע, לוקח את צורת המיכל.
- גז — חלקיקים רחוקים זה מזה, מהירים ואקראיים. ממלא את כל המיכל.
לחץ גז (חוק בואל)
החלקו את הבוכנה פנימה כדי להצטמצם את הנפח. אותם חלקיקים נדחסים לפחות מקום, ולכן הם פוגעים בקירות תדרוך יותר והלחץ עולה — כאשר מכפלת לחץ × נפח נשארת קבועה.
באיזה מצב החלקיקים רחוקים זה מזה, מהירים ונעים בכיוונים אקראיים?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חלקיקי הגז רחוקים זה מזה ונעים במהירות בכיוונים אקראיים וממלאים את המיכל. חלקיקי המוצקים רק רועדים; חלקיקי הנוזלים מחליקים זה מעבר לזה.
טמפרטורה ואנרגיית חלקיקים
- חימום חומר גורם לחלקיקים שלו להזוז מהר יותר — הם רוכשים אנרגיה קינטית.
- טמפרטורה היא מדד לאנרגיה קינטית ממוצעת של החלקיקים.
- הטמפרטורה הנמוכה האפשרית ביותר היא אפס מוחלט, $-273\ {}^{\circ}\text{C}$ — לחלקיקים יש את האנרגיה הנמוכה ביותר.
מודל החלקיקים עבור מוצקים, נוזלים וגזים
טמפרטורה היא מדד של:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חום גבוה יותר אומר שחלקיקים נעים מהר יותר, ולכן הטמפרטורה מדד את האנרגיה הקינטית הממוצעת שלהם.
סקאלת קלווין
- מדענים מודדים לעיתים קרובות טמפרטורה ב-קלווין (K), החל מאפס מוחלט.
- להמרה:
- לכן $0\ {}^{\circ}\text{C} = 273\ \text{K}$ ו$27\ {}^{\circ}\text{C} = 300\ \text{K}$.
מרה $27\ {}^{\circ}\text{C}$ לקלווינים.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T = \theta + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
לחץ גז
- חלקיקי גז פוגעים באופן רציף בקירות מיכלם. כל פגיעה היא דחיפה זעירה.
- ה-לחץ הוא הסכום הכוח של פגיעות אלו על כל יחידת שטח.
- חימום הגז (נפח קבוע) → פגיעות מהירות יותר, חזקות יותר ותדירות יותר → לחץ גבוה יותר.
- לחיצה אותו לקטן יותר (טמפרטורה קבועה) → יותר פגיעות בשנייה בכל שטח → לחץ גבוה יותר.
- עבור מסת גז קבועה בטמפרטורה קבועה, $pV = \text{constant}$ (הפחתת הנפח למחצה → הכפלת הלחץ).
גז תופס נפח של $200\ \text{cm}^3$ בטמפרטורה של $100\ \text{kPa}$. הוא דחוס לנפח של $100\ \text{cm}^3$ בטמפרטורה קבועה. מה הלחץ החדש, בקילופסקאל?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$pV$ הוא קבוע: $100 \times 200 = p \times 100$, ולכן $p = 200\ \text{kPa}$. חציית הנפח מכפילה את הלחץ.
חימום גז בקופסה סגורה ובעלת נפח קבוע מגדיל את הלחץ.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חלקיקים חמים נעים מהר יותר ופוגעים בקירות בחוזקה ובתדר גבוה יותר, ולכן הלחץ עולה.
תנועת בראונית
- במיקרוסקופ, גרגרי עשן באוויר נוודדים לאורך מסילות מחוספסת ואקראיות.
- זוהי תנועת בראונית: הגרגרים הגדולים נדחפים על ידי חלקיקי אוויר מהירים ובלתי נראים.
- זהו עדות חזקה לכך שמחומר עשוי באמת מחלקיקים שנעים.
פגיעות אקראיות מחלקיקי אוויר מהירים ובלתי נראים דוחפות גרגר עשן לאורך מסילה מחוספסת ואקראית
נקודות עשן הנראות תחת מיקרוסקופ רועדות באופן אקראי. הסיבה לכך היא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
תנועת בראונian: חלקיקי אוויר קטנים ומהירים נוטים את נקודות העשן הגדולות יותר, ראיה לחלקיקים הנעים.
הבנתך מושלמת
- מוצק (קבוע, רועד) · נוזל (קרוב, מחליק) · גז (רחוק אחד מהשני, מהיר)
- טמפרטורה = אנרגיה קינטית ממוצעת של חלקיקים; אפס מוחלט $= -273\ {}^{\circ}\text{C}$
- $T\,(\text{K}) = \theta\,({}^{\circ}\text{C}) + 273$
- לחץ גז = מספר פגיעות חלקיקים ליחידת שטח; בטמפרטורה קבועה $pV = \text{constant}$