Wie erklärt die kinetische Molekulartheorie das Gesetz von Charles? - Physik - 2020

Anonim

Antworten:

Die kinetische Theorie erklärt, warum sich das Volumen eines Behälters ausdehnen muss, wenn die Innentemperatur steigt, damit der Druck konstant bleibt.

Erläuterung:

Charles-Gesetz: Für eine feste Gasmasse bei konstantem Druck ist das Volumen direkt proportional zur Temperatur.

Analyse eines Gases bei ansteigender Temperatur nach kinetischer Theorie:

  • Die Temperatur hat zugenommen, daher haben die Moleküle mehr kinetische Energie, daher bewegen sie sich mit einer höheren Geschwindigkeit

  • Wenn sich die Abmessungen des Behälters nicht ändern, bewegen sich die Moleküle in kürzerer Zeit zwischen den Wänden durch den Behälter (weil sie sich schneller bewegen und den gleichen Abstand zwischen den Wänden des Behälters zurücklegen). Dadurch wird die Kollisionsrate erhöht, was den Druck erhöhen würde. ²

  • Wenn jedoch die Abmessungen des Behälters zunehmen würden, würden die Moleküle a bedecken größere Entfernung schneller, wodurch eine konstante Kollisionsrate aufrechterhalten wird. Dies würde einen konstanten Druck aufrechterhalten.

¹ Dies ist auf die Beziehung zwischen Temperatur und mittlerer molekularer kinetischer Energie zurückzuführen: # E = 3/2 kT #. Wo E die kinetische Energie ist, ist k die Boltzmann-Konstante und T ist die absolute Temperatur (d. H. Die Temperatur in Kelvin).

² Der Druck auf den Behälter steigt auch aufgrund der größeren Impulsänderung der Moleküle, wenn sie mit der Wand kollidieren. Die erhöhte Temperatur erhöhte ihre kinetische Energie, so dass sie bei einer Umkehrung ihres Momentes senkrecht zur Wand einen größeren Wert hat.
Um den Druck aufgrund dieses Effekts konstant zu halten, müsste das Volumen weiter erhöht werden, um die Kollisionsrate zu reduzieren.