Кинетическая теория га­зов

Кинетическая теория га­зов

Прибор для де­монстрации различия ско­рости движения молекул разных газов

В настоящее время закон Авогадро может быть выведен теоретически из так называемой кинетической теории газов. Не приводя здесь этого вывода, кото­рый можно найти в любом курсе физики, укажем лишь, в чем за­ключается сущность этой теории, прекрасно объясняющей многие свойства газообразных веществ.

Одним из наиболее замечатель­ных свойств газов является их легкая сжимаемость. Всякий газ может быть сжат в очень сильно, ударяются о стенки цилиндра и о поршень. Положим, что в секунду поршень получает 500 ударов. Если мы вдвинем пор­шень до половины цилиндра, то тем самым мы уменьшим вдвое пространство, занимаемое молекулами. Теперь в единице объема будет вдвое больше молекул; поэтому поршень получит в секунду не 500, а 1000 ударов; следовательно, давление увеличится вдвое. Если бы мы уменьшили объем в три раза, то, рассуждая так же, пришли бы к заключению, что давление должно увеличиться втрое, и т. д. Таким образом, становится понятным эксперимен­тально найденный закон Бойля—Мариотта, согласно которому дав­ление данной массы газа при неизменной температуре обратно пропорционально занимаемому газом объему.

Рис. 5. Прибор для де­монстрации различия ско­рости движения молекул разных газов

При нагревании газа скорость движения молекул увеличи­вается, а следовательно, увеличивается и их кинетическая энергия, равная половине произведения массы на квадрат скорости. По­этому сила ударов молекул о стенки сосуда становится больше и давление газа возрастает.
Один из основных выводов кинетической теории гласит, что
молекулы всех газов при одной и той же температуре обладают одинаковой средней кинетической энергией.
Это значит, что с из­менением массы молекулы скорость ее изменяется так, что про­изведение массы на квадрат скорости остается постоянным. По­этому давление газа при данной температуре, обусловленное ударами его молекул, зависит только от числа молекул в единице объема газа, но не зависит от массы молекул, т. е. от природы газа.
Если обозначить массы молекул двух газов через т1 и т2 а средние скорости их соответственно через υ1 и υ2 то на основа­нии предыдущего можно написать:
откуда
т. е. средние скорости молекул обратно пропорциональны корням квадратным из их молекулярных весов.
Кинетическая теория позволяет вычислить среднюю скорость движения молекул. Эта скорость оказывается очень большой иразличной для разных газов. Так, при 0° молекула водорода дви­жется в среднем со скоростью 1695 м/сек, молекула кислорода со скоростью 430 м/сек и т. д.
В неодинаковой скорости движения молекул различных газов можно убедиться, проделав следующий опыт. Возьмем пористый глиняный цилиндр и плотно закроем его пробкой, через которую проходит стеклянная трубка, соединяющая цилиндр с двугорлой склянкой (рис. 5). В другое горлышко склянки вставим стеклян­ную трубку, доходящую до дна склянки, и нальем в склянку воды. Если на пористый цилиндр надвинуть стакан, предварительно на­полненный водородом, то немедленно же начнется диффузия во­дорода в воздух и воздуха в водород.
Но молекулы водорода, бла­годаря большей скорости движения, быстрее проникают внутрь цилиндра, чем оттуда уходят более тяжелые молекулы кислорода и азота. В результате давление внутри цилиндра и двугорлой склянки повы­шается и вода начинает бить из склянки фонтаном (см. рис. 5).
Вы читаете, статья на тему Кинетическая теория га­зов