기체분자운동론 유도 및 기체분자간 평균거리

기체분자운동론 유도

기체분자운동론 이란 물질의 원시록전 이론으로서 가장 빨리 완성된 것입니다. 그리스 시대 철학적 원자론에 기원하지만 실증적인 물리학으로서의 발전은 D.베르누이(1738)에서 비롯된 것입니다. 현상론적인 열학 발전과 더불어 성장하여 해 일단 고전적인 이론으로 완성되었습니다.

 

기체분자운동론

 

기체분자 운동

고전적인 역학·열역학·전자기학이 형태를 갖춘 이 시대에, 기체분자운동론은 거시적인 현상론적 입장을 고집하는 고전적 연속관에 대립하여 미시적인 입장에서 물리현상을 통일적으로 보려는 역학적 자연관을 대표하고 이후의 전자론에서 양자론으로 다시 근대물리학으로 발전하는 데 있어서 선구적인 역할을 하였습니다.

 

볼츠만 이후 기체분자운동론의 일부는 통계역학의 체계 속에 흡수되었지만 점성·전도·확산 등, 비평형상태에서 수송현상 이론으로 D.엔스코흐, S.채프만 등에 의하여 수학적으로 발전되었습니다. 오늘날 양자역학을 도입하여 기체분자의 구조, 분자간 힘의 법칙으로부터 필요한 거시적 양을 정량적으로 설명할 수 있는 이론이 되었습니다.

 

기체분자운동론 실생활

기체분자운동에서 출발해 기체 성질을 논하는 이론은 기체상태에서 분자 사이 거리가 멀지만 운동에너지가 크므로 분자들이 빠르고 자유롭게 운동합니다. 기체 법칙을 설명하고자 이상기체를 가정하고 있습니다.

• 기체 분자는 질량은 존재하지만 부피는 존재하지 않습니다.
• 기체분자는 서로 힘을 주고받지 않습니다.
• 기체분자가 일으키는 모든 충돌은 탄성충돌입니다.
• 기체는 아무리 온도를 낮추거나 압력을 가해도 절대 액화 또는 응고되지 않습니다.
• 기체분자 평균 분자운동 에너지는 절대 온도에만 비례합니다.
• 기체 분자간 크기 및 모양과 종류에는 영향을 받지 않습니다.

기체분자운동론 증명

기체 분자 운동론 증명을 통해 기체법칙을 설명할 수 있습니다. 온도가 일정할 때 기체 운동 에너지느 절대온도에만 비례하므로 일정하지만 부피가 감소하면 단위 부피당 충돌입자 수가 2배로 증가하므로 단위 면적당 힘이 증가하므로 압력이 증가합니다.

온도가 증가할 경우 기체 운동 에너지는 증가하며 기체 운동 속도가 증가하므로 하나의 입자 단위 시간당 충돌 횟수가 증가합니다. 벽면에 가해지는 힘과 압력이 증가하고 내부 압력이 증가하므로 기체는 외부 압력이 같아질 때까지 부피가 팽창합니다.

분자량에 따른 기체 분자 속도 차이는 평균 제곱 속력이 물질량이 증가하면 그 값이 감소하므로 기체 분자량이 작을 수록 평균 운동 속력이 커집니다.

기체분자간 평균거리

1.기체 분자간 평균 거리를 알아보면 부피와 온도가 같을 경우 두 실린더 내 기체의 경우 압력 및 몰수가 비례관계라서 압력이 클수록 몰수가 큰 것입니다. 같은 부피 내 더 많은 몰수가 존재하므로 압력이 높으면 분자간 평균거리가 더 가깝습니다.

2.부피와 압력이 같은 두 실린더 내 기체의 경우 몰수와 온도가 반비례 관계이므로 온도가 낮을 수록 몰수가 크며 같은 부피 내 더 많은 몰수가 존재한다는 의미이므로 온도가 낮을 수록 분자간 평균거리가 더 가깝습니다.

3.압력과 온도가 같은 두 실린더 내 기체의 경우 부피와 몰수가 비례관계인데 이때 분자간 거리를 단위부피당 몰수 개념으로 생각해서 n/V 값이 더 큰것이 분자간 평균거리가 더 가깝다고 볼 수 있습니다.