แบบจำลองอนุภาคจลน์
| English | ไทย |
|---|---|
| particles/ˈpɑːtɪklz/ | อนุภาค |
| kinetic particle model/kɪˈnetɪk ˈpɑːtɪkl ˈmɒdl/ | แบบจำลองอนุภาคเชิงจลน์ |
| solid/ˈsɒlɪd/ | ของแข็ง |
| liquid/ˈlɪkwɪd/ | ของเหลว |
| gas/ɡæs/ | แก๊ส |
| temperature/ˈtemprɪtʃə/ | อุณหภูมิ |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | ศูนย์สัมบูรณ์ |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | เคลวิน |
| Brownian motion/ˈbraʊnɪən ˈməʊʃn/ | การเคลื่อนที่แบบบราวนian |
ทุกอย่างประกอบด้วยอนุภาค
- หากดูให้ละเอียด จะพบว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วย อนุภาค ขนาดเล็กที่ไม่เคยหยุดเคลื่อนที่
- แนวคิดเดียวนี้ — แบบจำลองอนุภาคเชิงกลศาสตร์ — อธิบายสถานะของแข็ง ของเหลว ก๊าซ ความร้อน และความดัน
- มาดูกันว่าอนุภาคกำลังทำอะไรกันอยู่
สถานะสามอย่างของสสาร
- ของแข็ง — อนุภาคเรียงตัวเป็นระเบียบ только สั่น มีรูปร่างและปริมาตรคงที่
- ของเหลว — อนุภาคยังอยู่ใกล้กันแต่กระจัดกระจาย; มันลื่นไหลผ่านกันได้นี้ ปริมาตรคงที่ แต่รับรูปร่างของภาชนะ
- ก๊าซ — อนุภาคอยู่ห่างกัน เคลื่อนที่เร็วและเป็นแบบสุ่ม เติมเต็มทั้งภาชนะ
บีบอัดแก๊ส (กฎของโบยล์)
เลื่อนลูกสูบเข้าไปเพื่อลดปริมาตร อนุภาคเดียวกันถูกบีบอัดให้อยู่ในพื้นที่เล็กลง ทำให้ชนกับผนังบ่อยขึ้นและความดันสูงขึ้น — ในขณะที่ความดัน × ปริมาตรคงที่
อนุภาคอยู่ห่างกัน เคลื่อนที่เร็ว และเคลื่อนที่ในทิศทางสุ่ม อยู่ในสถานะใด?
อนุภาคแก๊สอยู่ห่างกันและเคลื่อนที่เร็วในทิศทางสุ่ม เติมเต็มภาชนะ ส่วนของแข็งมีการสั่นเท่านั้น; ของเหลวไหลผ่านกันเองได้
อุณหภูมิและพลังงานของอนุภาค
- ให้ความร้อนสารและอนุภาคของมันจะเคลื่อนที่ เร็วขึ้น — ซึ่งเป็นการเพิ่มพลังงานจลน์
- อุณหภูมิ คือการวัด พลังงานจลน์เฉลี่ย ของอนุภาค
- อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้คือ ศูนย์สัมบูรณ์, $-273\ {}^{\circ}\text{C}$ — อนุภาคมีพลังงานน้อยที่สุด
แบบจำลองอนุภาคของของแข็ง ของเหลว และก๊าซ
อุณหภูมิเป็นการวัด:
ร้อนขึ้นหมายความว่าอนุภาคเคลื่อนที่เร็วขึ้น ดังนั้นอุณหภูมิจึงวัดพลังงานจลน์เฉลี่ยของพวกมัน
สเกลเคลวิน
- นักวิทยาศาสตร์มักวัดอุณหภูมิด้วยหน่วย เคลวิน (K) โดยเริ่มจากศูนย์สัมบูรณ์
- เพื่อแปลงค่า:
- ดังนั้น $0\ {}^{\circ}\text{C} = 273\ \text{K}$ และ $27\ {}^{\circ}\text{C} = 300\ \text{K}$
แปลง $27\ {}^{\circ}\text{C}$ เป็นเคลวิน
$T = \theta + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
ความดันของก๊าซ
- อนุภาคก๊าซชนผนังภาชนะอย่างต่อเนื่อง การชนแต่ละครั้งเป็นการผลักเล็กน้อย
- ความดัน คือผลรวมของแรงจากการชนเหล่านี้ต่อหน่วยพื้นที่
- ให้ความร้อนแก๊ส (ปริมาตรคงที่) → เคลื่อนที่เร็วขึ้น ตีแรงขึ้น และตีบ่อยขึ้น → ความดันสูงขึ้น
- บีบ ให้เล็กลง (อุณหภูมิคงที่) → มีการชนต่อวินาทีบนพื้นที่หนึ่งมากขึ้น → ความดันสูงขึ้น
- สำหรับมวลก๊าซคงที่ที่อุณหภูมิคงที่, $pV = \text{constant}$ (ลดปริมาตรลงครึ่งหนึ่ง → ความดันเป็นสองเท่า)
แก๊สมีปริมาตร $200\ \text{cm}^3$ ที่ $100\ \text{kPa}$ ถูกบีบอัดเหลือ $100\ \text{cm}^3$ ที่อุณหภูมิคงที่ ความดันใหม่มีค่าเท่าใด ในหน่วย kPa?
$pV$ คงที่: $100 \times 200 = p \times 100$, ดังนั้น $p = 200\ \text{kPa}$. การลดปริมาตรครึ่งหนึ่งจะทำให้ความดันเพิ่มขึ้นสองเท่า
การให้ความร้อนแก๊สในกระป๋องปิดที่มีปริมาตรคงที่会增加其压力。
อนุภาคที่ร้อนขึ้นเคลื่อนที่เร็วขึ้นและชนกับผนังแรงขึ้นและบ่อยขึ้น ทำให้ความดันสูงขึ้น
การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน
- ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ อนุภาคควันในอากาศจะสั่นไหวไปตามเส้นทาง กระตุกๆ แบบสุ่ม
- นี่คือ การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน: อนุภาคควันขนาดใหญ่ถูกชนโดย อนุภาคอากาศ ที่เร็วและไม่เห็นได้ชัด
- มันเป็นหลักฐานอันแข็งแกร่งว่าสสาร действительноประกอบด้วยอนุภาคที่เคลื่อนที่
แรงชนแบบสุ่มจากอนุภาคอากาศที่เร็วและไม่เห็นได้ชัด ดันอนุภาคควันให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางกระตุกๆ แบบสุ่ม
ละอองควันที่เห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์สั่นไหวอย่างสุ่ม สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะ:
การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน: อนุภาคอากาศขนาดเล็กที่เคลื่อนที่เร็วชนกับละอองควันขนาดใหญ่使其四处移动，这是粒子运动的证据。
คุณเข้าใจแล้ว
- ของแข็ง (นิ่ง, สั่น) · ของเหลว (ใกล้กัน, ลื่นไหล) · ก๊าซ (ห่างกัน, เร็ว)
- อุณหภูมิ = พลังงานจลน์เฉลี่ยของอนุภาค; ศูนย์สัมบูรณ์ $= -273\ {}^{\circ}\text{C}$
- $T\,(\text{K}) = \theta\,({}^{\circ}\text{C}) + 273$
- ความดันของก๊าซ = การชนของอนุภาคต่อหน่วยพื้นที่; ที่อุณหภูมิคงที่ $pV = \text{constant}$