気体の運動分子理論

移動粒子としてのガスのモデル

気体の運動分子理論では、気体粒子が硬くて完全に弾性のある球体として機能すると仮定しています。

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の 気体の動力学理論 は、気体の物理的挙動を気体を構成する分子粒子の運動として説明する科学モデルです。このモデルでは、ガスを構成する超微細粒子 (原子または分子) がランダムな動きで絶えず動き回っており、互いに衝突するだけでなく、ガスが入っている容器の側面とも常に衝突しています。この運動により、熱や プレッシャー .

気体の運動論は、単に 運動理論 、 または 運動モデル、 または 運動分子モデル .また、気体だけでなく流体にもさまざまな方法で適用できます。 (例は ブラウン運動 は、以下で説明するように、動力学理論を流体に適用します。)

運動理論の歴史

ギリシャの哲学者ルクレティウスは初期の原子論の提唱者であったが、これは数世紀にわたって大部分が破棄され、非原子研究に基づいて構築された気体の物理モデルが支持された。 アリストテレス .小さな粒子としての物質の理論がなければ、運動論はこのアリストテレスの枠組みの中で発展しませんでした。

ダニエル ベルヌーイの著作は、1738 年に出版された 流体力学 .当時はエネルギー保存などの原理さえ確立されておらず、彼のアプローチの多くは広く採用されていませんでした。次の 100 年間で、運動論は科学者の間でより広く採用されるようになりました。これは、科学者が物質を原子で構成されているという現代的な見方を採用する傾向が強まっているためです。

原子論が一般的である運動論を実験的に確認する際の要の 1 つは、ブラウン運動に関連していました。これは液体中に浮遊する小さな粒子の動きで、顕微鏡下ではランダムに動き回るように見えます。絶賛された1905年の論文では、 アルバート・アインシュタイン 液体を構成する粒子とのランダムな衝突の観点からブラウン運動を説明しました。この論文は、アインシュタインの 博士論文 彼は問題に統計的手法を適用して拡散式を作成しました。同様の結果は、1906 年に彼の研究を発表したポーランドの物理学者マリアン スモルコウスキーによって独立して実行されました。これらの動力学理論の適用は、液体と気体 (そしておそらく固体も) が構成されているという考えを支持するのに大いに役立ちました。小さな粒子。

運動分子理論の仮定

運動理論には、ある人について話すことができることに焦点を当てた多くの仮定が含まれます。 理想気体 .

• 分子は点粒子として扱われます。具体的には、これの 1 つの意味は、粒子間の平均距離と比較して、それらのサイズが非常に小さいことです。
• 分子の数 ( N ) は非常に大きく、個々の粒子の挙動を追跡することは不可能です。代わりに、システム全体の動作を分析するために統計的手法が適用されます。
• 各分子は、他の分子と同じものとして扱われます。それらは、さまざまなプロパティに関して交換可能です。これは、個々の粒子を追跡する必要がなく、理論の統計的方法で結論と予測に到達するのに十分であるという考えを支持するのに役立ちます。
• 分子は一定のランダムな運動をしています。彼らは従う ニュートンの運動の法則 .
• 粒子間の衝突、および粒子とガスの容器の壁との間の衝突は、完全に 弾性衝突 .
• ガスの容器の壁は、完全に剛体として扱われ、動かず、(粒子と比較して) 無限大です。

これらの仮定の結果は、コンテナ内でランダムに動き回るガスがコンテナ内にあるということです。ガスの粒子がコンテナの側面に衝突すると、完全に弾性的な衝突でコンテナの側面から跳ね返ります。つまり、30 度の角度で衝突すると、30 度の角度で跳ね返ります。角度。コンテナの側面に垂直な速度成分は方向を変えますが、大きさは同じままです。

理想気体の法則

気体の動力学理論は重要であり、上記の一連の仮定により、圧力 ( p ）、 音量 （ の )、および温度 ( T )、ボルツマン定数 ( k ) と分子の数 ( N ）。結果の理想気体方程式は次のとおりです。

PV = NkT