كيف تتغير الطاقة الحركية للجسيمات تبعا لدرجات الحرارة

العلاقة الكيميائية التي تربط بين الطاقة الحركية وجسيمات الغاز هي علاقة طردية حيث أن الطاقة الحركية لجسيمات الغاز تتناسب طرديًا مع درجة الحرارة المطلقة للغاز فكيف تتغير الطاقة الحركية للجسيمات تبعًا لدرجات الحرارة؟

3 إجابات

تعد النظرية الحركية للغازات وصفًا مبسطًا لحركة الغازات، حيث تمكننا من معرفة بعض الخصائص المتعلقة بسلوك الغازات.

إذ يتكون الغاز من عدد كبير من الجزيئات التي يفصل فيما بينها مسافاتٍ كبيرةً نسبيًا، تتصادم تلك الجزيئات فيما بينها ومع جدران الوعاء تصادماتٍ مرنةٍ (دون فقدانٍ للطاقة).

وحيث إن الطاقة المتشكلة بين جزيئات الغاز هي الحرارة، تشير النظرية الحركية للغاز أن زيادة التصادمات العشوائية التي تُنشئ ضغطًا على جدران الوعاء متعلقةٌ بدرجة الحرارة، إذ تزداد سرعة الجزيئات مع ارتفاع درجة الحرارة؛ وبالتالي ارتفاع قيمة الطاقة الحركية لجزيئات الغاز.

ومن هنا تمكننا النظرية الحركية للغاز من استنتاج بعض خواص الغاز الأخرى، كاللزوجة والتوصيل الحراري والكهربائي، حيث تمثل درجة الحرارة متوسط الطاقة الحركية في نظامٍ ما، وتختلف الطاقة الحركية بين جسيمات المادة الواحدة  فلا تملك الجزيئات نفس الطاقة الحركية.

تُقاس درجة الحرارة بالكلفن حيث يُطلق على درجة الحرارة صفر كلفن، بالصفر المطلق وتعد أدنى درجة حرارة يمكن الوصول اليها نظريًا، حيث تصبح الجزيئات في بلورة ثابتة لانعدام الطاقة الحركية داخل النظام.

على الرغم من أن الجزيئات داخل المواد الصلبة تبدو ثابتة إلا أنها تتحرك في حركة اهتزازية، حيث تتناسب الحركة الاهتزازية طردًا مع ارتفاع درجة الحرارة، وتصل الجزيئات في المادة الصلبة إلى نقطةٍ تتغلب الطاقة الحركية الاهتزازية على طاقة ارتباطها ببعضها البعض وتسمى تلك النقطة بنقطة انصهار المادة.

أكمل القراءة

وفقاً للنظرية الحركية للغازات فإن الغازات مكونة من جزيئات ميكروسكوبية تتحرك وفق خطوط مستقيمة لتصطدم ببعضها أو بالأجسام الأخرى. الطاقة الحركية تتناسب طرداً مع سرعة كل من هذه الجزيئات. مع ازدياد سرعة الجزيئات المتصادمة ترتفع أيضاً قيمة الطاقة الحركية لكافة جزيئات الغاز. 

من الصعب للغاية قياس سرعة كل جزيئ من هذه الجزيئات على حدى، لذلك فإننا نستخدم الحرارة كمقياس لمتوسط السرعة الحركية لكافة الجزيئات في الغاز. مع اكتساب جزيئات الغاز للطاقة وازدياد سرعة حركتها فإن حرارتها ترتفع. ولتحديد وسطي الطاقة الحركية لجزيئات الغاز كل ما علينا معرفته هو درجة حرارة الغاز، قيمة ثابت الغازات العام وعدد أفوكادرو (عدد الجزيئات في المول الواحد). 

الطاقة الحركية للجسيمات

لنفترض أننا نجلس في غرفة درجة جرارتها 75 درجة فهرنهايت. لحساب قيمة الطاقة الحركية الوسطية لجزيئات الهواء فإن علينا في البداية تحويل درجة الحرارة إلى كلفن (75 درجة فهرنهايت تسوي 297 درجة كلفن). قيمتا K و R ثابتتتان. نستخدم المعادلة التي ذكرناها سابقاً لحساب الطاقة الحركية. 

الطاقة الحركية للجسيمات

مع ارتفاع الطاقة الحركية تزداد السرعة الوسطية لحركة الجزيئات. يسمح هذا لنا بحساب السرعة جذر وسطي مربعات كافة الجزيئات (RMS) من قيمة السرعة الوسطية والكتلة.

الطاقة الحركية للجسيمات

أكمل القراءة

تؤثر درجة الحرارة على الطاقة الحركيّة والجسيمات بشكل كبير، والعلاقة بين الطاقة الحركيّة ودرجة الحرارة هي علاقة طردية، فكلما ارتفعت درجة الحرارة ارتفع متوسط الطاقة الحركيّة للجسيمات، ويمكن توضيح الأمور أكثر بالاعتماد على النظرية الجزيئيّة الحركيّة، التي تقول بأن جميع الجسيمات تمتلك قدر معين من الطاقة، وهذا القدر من الطاقة يختلف من جسم لجسم تبعاً لاختلاف درجة الحرارة، ودرجة حرارة الجسيمات هذه هي التي تحدد ماهية المادة في حال كانت صلبة أم سائلة أم غازية، ولكن نخص بالذكر جزيئات الغاز التي تحتوي على أكبر قدر من الطاقةز

نظراً لقابلية الانضغاط العالية التي تمتلكها جزيئات الغاز، فهي تتأثر بدرجات الحرارة المنخفضة والعالية بشكل كبير، وتقوم النظرية الجزيئيّة الحركيّة بالتعامل مع عينات المادة على أنها عدد كبير من الجسيمات الصغيرة، والتي تتحرك بحركة عشوائيّة، إضافة إلى ذلك يمكن شرح النظرية الحركية الجزيئية من خلال عملية الانتشار، فالانتشار يعني تحرك الجسيمات من التركيز العالي إلى التركيز المنخفض، مما يؤدي إلى توزع الجسيمات بشكل متساوٍ.

هذا التحوّل يحدث من خلال انتقال جزيئات المادة من مكان إلى آخر، وعملية الانتقال هذه وتحرر الالكترونات والذرات وتغير الطاقة الحركية للجسيمات تتم بسبب تفاعلات التسخين، أي بسبب تغير درجة الحرارة.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "كيف تتغير الطاقة الحركية للجسيمات تبعا لدرجات الحرارة"؟