5.6
בעוד חוקי הגזים מסכמים את היחסים בין תכונות שונות של גזים אידיאליים, התאוריה הקינטית מסבירה מדוע הגזים מתנהגים על פי חוקים אלה. התאוריה מבוססת על כמה הנחות או השערות. ההנחה הראשונה היא שחלקיקי גז הם זניחים בגודלם.
גז הוא ברובו חלל ריק המורכב מחלקיקים קטנים שהמרחק המפריד ביניהם גדול הרבה יותר מהממדים שלהם. נפח החלקיקים הכולל הוא זניח ביחס לכלל הנפח שהגז מכיל. בניגוד לנוזלים ומוצקים, שאינם ניתנים לדחיסה בשל קרבת החלקיקים, גזים ניתנים לדחיסה רבה.
חלקיקי גז נמצאים במצב תמידי של תנועה בקווים ישרים בכיוונים אקראיים. נתיבם ישתנה אך ורק אם יתנגשו עם חלקיקים אחרים או בקירות המכל שלהם. לפי ההנחה השנייה, חלקיקי גז יוצרים התנגשויות אלסטיות מושלמות.
הם מתנגשים ונדחפים זה מזה מבלי שיידבקו. ניתן להשוות זאת להתנגשויות בין כדורי ביליארד במהלך משחק. כשחלקיקי גז מתנגשים, הם מחליפים ביניהם אנרגיה מבלי שום איבוד של אנרגיה מהמערכת.
במילים אחרות, אנרגיית המערכת הכוללת נותרת קבועה. חלקיקי גזנ מצאים בתנועה מתמדת, לכן יש להם אנרגיה קינטית. מכאן נובעת ההנחה השלישית לפיה האנרגיה הקינטית הממוצעת של גז נמצאת ביחס ישר לטמפרטורה המוחלטת שלו בקלווין.
כלומר, האנרגיה הקינטית עולה עם הטמפרטורה, וכתוצאה מכך, החלקיקים נעים מהר יותר. בטמפרטורות גבוהות יותר, החלקיקים נעים מהר יותר. לעומת זאת, ככל שיורדת הטמפרטורה, כך פוחתת גם האנרגיה הקינטית של החלקיקים, והם נעים לאט יותר.
בטמפרטורה קבועה, לכל הגזים, ללא קשר למסה המולקולרית שלהם, יש את אותו ממוצע אנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית שווה למסה כפול המהירות בריבוע. מכאן שכדי שלגזים שונים תהיה אותה אנרגיה קינטית בממוצע, חלקיקי הגז שלהם בהכרח נעים במהירויות ממוצעות שונות.
מכאן שלגזים כבדים יותר מהירויות ממוצעות נמוכות יותר, ואילו לגזים קלים יותר מהירויות ממוצעות גבוהות יותר. לדוגמה, להליום ולניאון באותה הטמפרטורה יש אותה אנרגיה קינטית ממוצעת. לעומת זאת, בגלל ההבדלים במסה שלהם, אטומי הניאון איטיים הרבה יותר מאטומי ההליום.
משוואת הגז האידיאלי, שהיא אמפירית, מתארת את התנהגותם של גזים על ידי יצירת קשרים בין התכונות המקרוסקופיות שלהם. לדוגמה, חוק צ'ארלס קובע שנפח וטמפרטורה…
2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.