Ποια θα ήταν η κινητική ενέργεια του αέριο των σωματιδίων όταν συμπιέστηκε σε έναν κύλινδρο;
Βασικές έννοιες
* Κινητική ενέργεια: Η ενέργεια της κίνησης. Για τα σωματίδια αερίου, αυτό σχετίζεται άμεσα με την ταχύτητά τους.
* συμπίεση: Μειώνοντας τον όγκο ενός αερίου, διατηρώντας τον αριθμό των σωματιδίων σταθερή.
* Θερμοκρασία: Ένα μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των σωματιδίων αερίου.
* Ιδανικός νόμος αερίου: PV =NRT, πού:
* P =πίεση
* V =όγκος
* n =αριθμός γραμμομορίων αερίου
* R =Ιδανική σταθερά αερίου
* T =θερμοκρασία στο Kelvin
Τι συμβαίνει κατά τη συμπίεση
1. Αυξημένη πίεση: Καθώς συμπιέζετε το αέριο, αναγκάζετε τα σωματίδια πιο κοντά. Αυτό οδηγεί σε περισσότερες συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων και των τοίχων του δοχείου.
2. αυξημένη ταχύτητα σωματιδίων: Οι αυξημένες συγκρούσεις προκαλούν τη μετακίνηση των σωματιδίων ταχύτερα, τα οποία μεταφράζονται σε υψηλότερη κινητική ενέργεια.
3. Άνοδος θερμοκρασίας (συνήθως): Η αυξημένη κινητική ενέργεια των σωματιδίων αντιστοιχεί σε αύξηση της θερμοκρασίας εκτός εάν απομακρυνθεί η θερμότητα από το σύστημα (αδιαβατική συμπίεση).
Υπολογισμός κινητικής ενέργειας
* Μέση κινητική ενέργεια: Η μέση κινητική ενέργεια ενός ιδανικού αερίου είναι άμεσα ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία του:
* Ke_avg =(3/2) * k * t
* k =Boltzmann σταθερά (1,38 x 10^-23 j/k)
* Σχέση με την πίεση: Ενώ δεν μπορούμε να υπολογίσουμε άμεσα την κινητική ενέργεια των μεμονωμένων σωματιδίων, η πίεση του αερίου είναι ένας καλός δείκτης της μέσης κινητικής τους ενέργειας. Μία υψηλότερη πίεση σημαίνει ταχύτερα σωματίδια.
Σημαντικές εκτιμήσεις
* Αδιαβατική συμπίεση: Εάν η συμπίεση εμφανιστεί πολύ γρήγορα και δεν επιτρέπεται η θερμότητα να δραπετεύσει, η διαδικασία είναι αδιαβατική. Σε αυτή την περίπτωση, η αύξηση της θερμοκρασίας θα είναι πιο σημαντική.
* ισοθερμική συμπίεση: Εάν η συμπίεση είναι αρκετά αργή ώστε η θερμότητα να μπορεί να ξεφύγει, η διαδικασία είναι ισοθερμική. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, αλλά τα σωματίδια θα εξακολουθούν να κινούνται ταχύτερα λόγω της αυξημένης πίεσης.
Συνοπτικά: Όταν συμπιέσετε ένα αέριο, τα σωματίδια κινούνται ταχύτερα λόγω των αυξημένων συγκρούσεων, οι οποίες γενικά οδηγούν σε αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η αύξηση της κινητικής ενέργειας αντικατοπτρίζεται στην αυξημένη πίεση του αερίου.
