Kinetic Molecular Theory of Gases   기체 운동론, 기체 분자 운동론

(2021-09-18)

기체 분자 운동, Kinetic Theory of Molecule, 분자 운동론


1. 기체 분자 운동론 (Kinetic Theory of Gases) 이란?

  ㅇ 개별 분자들의 열운동을, 전체 기체압력,부피,온도평균적으로 연결시켜줌
     - 즉, 기체 분자들이 `일정 운동을 하는 입자들의 집합체`라는 관점으로부터 시작됨
     - 한편, 기체 분자를 고체,액체에도 확장시킨 것을, 분자 운동론 이라고 함

  ㅇ 고전적 통계역학으로써 완성된 이론 임
     - 기체압력, 금속열용량, 반도체전자평균 이동 속도(캐리어 이동),
       저항체의 전기 열잡음과 같은 다양한 주제에 대해 이론적으로 설명하는 고전적 이론

     * 약 100여년에 걸쳐 발전하여, 1857년 Rudolf Clausius(1882~1888)에 의해 완성된 이론


2. 기본 가정 및 결론 요약

  ㅇ 매우 많은 분자로 구성된 기체
     - 무수히 많은 개별 입자들이, 고적역학 법칙을 따르면서, 끊임없이 무질서하게 움직임

  ㅇ 부피에 비해 분자 크기는 무시할 정도로 작음
     - ① 분자 간 인력,반발력 무시
        . 밀도가 낮은 기체 분자 간의 (인력,척력)은 작으므로, 
        . 오직 충돌 만이 분자 간 유일한 상호작용 임
     - ② 입자 간 구별 가능
        . 비록 각 입자의 특성은 동일하지만, 
        . 각 입자의 위치,경로,궤적에 의해 서로 구별 가능함
     * 대부분의 기체들이, 높은 온도와 낮은 압력 하에서 이상적인 행동을 함

  ㅇ 분자 간 상호작용은 오로지 탄성 충돌 만 관여함
     - 충돌 간에 운동에너지를 교환하며, 일정 온도 하에 평균 분자 운동에너지도 일정 예상
        . 즉, 충돌 전후에도 운동에너지는 변화하지 않고 일정함
     - 단, 병진 운동 만이 고려됨 (회전 운동,진동 무시)

  ※ 결론적으로, 분자 입자의 `평균 운동에너지`는 `절대 온도`에 비례함
     - 온도가 증가하면, 평균 운동에너지속도가 증가


3. 기체운동론 결론식 

  ㅇ `온도`와  `운동에너지` 또는 `속도` 간의 관계성을 보여줌

     

     - R : 보편기체상수, k : 볼츠만상수, NA : 아보가드로 수,
       vrms : 평균 속도(RMS 속도)
 
  ※ 위 식의 유도는 ☞ 기체운동론 관련식 유도 참조


4. 기체법칙에 대한 기체운동론적인 설명

  ㅇ 일정 온도에서, 부피가 증가하면, 압력이 저하됨
     - 일정 온도에서 평균 운동에너지가 일정하게되므로, 
       부피가 커지면 충돌 회수가 적어지며, 결국 압력이 떨어짐

  ㅇ 일정 부피에서, 온도가 증가하면, 압력도 증가
     - 온도가 증가함에 따라 평균 운동에너지도 증가하며, 
       일정 부피에서 충돌 회수가 많아져, 결국 압력이 증가됨

기체분자운동론
   1. 기체 운동론   2. 관련식 유도   3. 열운동,열속도   4. 평균자유행로   5. 에너지 등분배 정리   6. 기체상수,볼츠만상수  


Copyrightⓒ written by 차재복 (Cha Jae Bok)       편집이력      기술용어해설후원
"본 웹사이트 내 모든 저작물은 원출처를 밝히는 한 자유롭게 사용(상업화포함) 가능합니다"