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Os átomos ou moléculas de gás agem quase independentemente um do outro em comparação com líquidos ou sólidos, cujas partículas têm maior correlação. Isso ocorre porque um gás pode ocupar milhares de vezes mais volume que o líquido correspondente. A velocidade quadrática média quadrática das partículas de gás varia diretamente com a temperatura, de acordo com a "Distribuição de velocidade Maxwell". Essa equação permite o cálculo da velocidade a partir da temperatura.
Derivação da equação de distribuição de velocidade de Maxwell
Aprenda a derivação e aplicação da equação Maxwell Speed Distribution. Essa equação é baseada e derivada da equação da Lei do Gás Ideal:
PV = nRT
onde P é pressão, V é volume (não velocidade), n é o número de moles de partículas de gás, R é a constante ideal de gás e T é a temperatura.
Estude como essa lei dos gases é combinada com a fórmula da energia cinética:
KE = 1/2 m v ^ 2 = 3/2 k T.
Aprecie o fato de que a velocidade de uma única partícula de gás não pode ser derivada da temperatura do gás composto. Em essência, cada partícula tem uma velocidade diferente e, portanto, uma temperatura diferente. Este fato foi aproveitado para derivar a técnica de resfriamento a laser. Como um sistema inteiro ou unificado, no entanto, o gás tem uma temperatura que pode ser medida.
Calcule a velocidade quadrática média da raiz das moléculas de gás a partir da temperatura do gás usando a seguinte equação:
Vrms = (3RT / M) ^ (1/2)
Certifique-se de usar as unidades de forma consistente. Por exemplo, se o peso molecular for considerado em gramas por mole e o valor da constante ideal de gás estiver em joules por mole por grau Kelvin, e a temperatura estiver em graus Kelvin, a constante de gás ideal estará em joules por mole graus-Kelvin, e a velocidade é em metros por segundo.
Pratique com este exemplo: se o gás for hélio, o peso atômico é de 4,002 gramas / mole. A uma temperatura de 293 graus Kelvin (cerca de 68 graus Fahrenheit) e com a constante de gás ideal sendo 8,314 joules por Kelvin em mole, a velocidade média raiz quadrada dos átomos de hélio é:
(3 x 8,314 x 293 / 4,002) ^ (1/2) = 42,7 metros por segundo.
Use este exemplo para calcular a velocidade da temperatura.