Kinetic Theory of Gases

00:01 Wir werden nun die kinetische Gastheorie durchgehen und das funktioniert so, dass wir in physikalischen Systemen einige sehr komplizierte Dinge vorfinden, die wir versuchen, direkt zu messen.

00:11 Es ist sehr chaotisch, wir wissen nicht wirklich, was vor sich geht.

00:14 Deshalb versuchen wir oft, einen Schritt zurückzutreten und eine Denkweise für dieses von Menschen geschaffene System zu finden.

00:23 Eine Idee, wie das funktionieren könnte, ist indem wir uns fragen, wie dieses vom Menschen geschaffene System, das wir uns in unseren Köpfen ausgedacht haben, mit dem tatsächlichen physischen System vergleichbar ist.

00:31 Diese kinetische Gastheorie ist also genau eines dieser menschlichen Modelle.

00:34 Ein Modell, das wir uns ausdenken und sehen, wie gut es mit der Realität übereinstimmt.

00:37 Unser Modell ist sehr einfach und wir nennen es ein ideales Gas.

00:41 Ein Modell eines idealen Gases.

00:43 Und ein ideales Gas hat ein paar Eigenschaften.

00:46 Zunächst einmal nehmen wir an, dass die Teilchen in unserem Gas kleine Punktteilchen sind.

00:51 Und mit "klein" meinen wir nur das "klein" im Verhältnis zum Abstand zwischen ihnen und so kann man auf einem Bild wie diesem sehen, dass der Abstand zwischen jeden dieser Teilchen viel größer ist als die geringe Größe der Partikel selbst.

01:02 Wir gehen auch davon aus, dass die einzige Wechselwirkung, die diese Teilchen eingehen, reine Kollisionen sind, sie prallen einfach aneinander ab.

01:08 Wir lassen also keine Interaktion, Anziehung oder Abstoßung von einer elektrischen Kraft oder etwas Ähnlichem zu.

01:14 Wenn diese Teilchen zusammenstoßen, gehen wir ebenfalls davon aus, dass diese Zusammenstöße rein federnd sind und wie wir bei federnden Stößen gesehen haben, bleibt die Energie vollständig erhalten.

01:24 Sie prallen einfach aneinander ab und gehen ihren Weg, ohne dass Energie an irgendwelche Quellen verloren geht.

01:30 Und schließlich gehen wir davon aus, dass die Energie, die dieses Gas hat, proportional zur Temperatur ist.

01:37 Wenn wir also die Temperatur erhöhen, haben wir auch die innere Energie unseres Systems erhöht.

01:43 Dies ist in der Regel eine gute Annäherung, aber es ist wichtig, das Modell selbst und woran es scheitern kann, zu verstehen.

01:48 Einmal würde es versagen, wenn ein hoher Druck vorliegt.

01:52 Sie gehen verständlicherweise davon aus, dass bei hohen Drücken die Teilchen viel näher beieinander liegen und es käme zu diesen viel engeren Wechselwirkungen, die wir in unserem idealen Gasmodell außen vor lassen.

02:03 Es funktioniert auch nicht bei sehr niedrigem Druck.

02:06 In diesem Fall kann sich das Teilchen irgendwie verdichten oder verlangsamen und andere Effekte, wie die Bindungsfähigkeit, die elektrische Anziehung und Abstoßung überwiegen anstelle der reinen energieerhaltenden Kollisionen, von denen wir hier vereinfachend ausgehen.

02:22 Es funktioniert auch nicht so gut, wenn es starke intermolekulare Wechselwirkungen gibt.

02:26 Für bestimmte Arten von Partikeln können Sie also Folgendes haben: Wechselwirkung zwischen diesen Teilchen, die zu stark sind und das würde auch dazu führen, dass das Modell, das wir hier erstellt haben, zusammenbricht.