Die kinetische Energie von Gasmolekülen ist eng mit ihrer Temperatur verbunden: Mit steigender Temperatur steigt auch die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle an. Die Berechnung der Änderung der durchschnittlichen kinetischen Energie eines Gases bei einer Temperaturänderung kann mit einer einfachen und bequemen Version des Gale-Gesetzes durchgeführt werden.
Nach diesem Gesetz verdoppelt sich die durchschnittliche kinetische Energie von Heliummolekülen für jeden 273 Grad Kelvin um die Hälfte. Um Grad Celsius in Kelvin zu übersetzen, müssen 273 hinzugefügt werden. Somit beträgt der Temperaturunterschied für dieses Problem 104 Grad Celsius.
Daher ist es notwendig, die Temperaturdifferenz (in Kelvin) durch 273 zu teilen, um zu bestimmen, wie oft sich die durchschnittliche kinetische Energie von Helium verändert hat. In diesem Fall wird dies:
104 grad Celsius = 377,15 Grad Kelvin
Einfluss der Temperaturänderung auf die kinetische Energie von Helium
Die kinetische Energie von Gasmolekülen hängt direkt von ihrer Temperatur ab. Eine Abnahme der Gastemperatur führt zu einer Abnahme der durchschnittlichen kinetischen Energie seiner Moleküle. In diesem Fall wird der Einfluss der Temperaturänderung auf die kinetische Energie von Helium untersucht.
Angenommen, die ursprüngliche Heliumtemperatur war 127 Grad. Bei dieser Temperatur hatten Heliummoleküle eine bestimmte durchschnittliche kinetische Energie. Nachdem sich die Temperatur jedoch auf 23 Grad geändert hatte, nahm die durchschnittliche kinetische Energie von Helium ab.
Um zu bestimmen, wie oft die durchschnittliche kinetische Energie von Helium abgenommen hat, müssen Sie die folgende Berechnung durchführen: Ermitteln Sie zuerst die prozentuale Temperaturänderung und verwenden Sie dann den resultierenden Wert, um die Änderung der kinetischen Energie zu berechnen.
Sei K1 die ursprüngliche kinetische Energie von Helium bei 127 Grad, K2 die veränderte kinetische Energie von Helium bei 23 Grad.
Prozentuale Temperaturänderung:
Prozentuale Veränderung = ((23 - 127) / 127) * 100
Veränderung der kinetischen Energie:
Änderung der kinetischen Energie = K1 * (Prozentuale Veränderung / 100)
So kann festgestellt werden, wie oft die durchschnittliche kinetische Energie von Helium bei einer Temperaturänderung von 127 auf 23 Grad abgenommen hat.
Änderung der durchschnittlichen kinetischen Energie von Helium bei Temperaturänderungen
Die durchschnittliche kinetische Energie eines Gaspartikels hängt mit seiner Temperatur gemäß der Formel zusammen:
E = (3/2) * k * T
- E - durchschnittliche kinetische Energie des Teilchens
- k - Boltzmann-Konstante
- T - absolute Temperatur
Für Helium, dessen Molmasse 4 g / mol beträgt, kann die Masse des Teilchens als ausgedrückt werden:
m = (mm/A) * M
- m - Teilchenmasse
- mm/A - molmasse für eine konstante Avogadro
- M - die Molmasse von Helium
Indem wir den Massenwert des Teilchens in die Formel für die durchschnittliche kinetische Energie einfügen, erhalten wir:
E = (3/2) * k * T / ((mm/A) * M)
Mit dieser Formel können wir die Änderung der durchschnittlichen kinetischen Energie von Helium berechnen, wenn sich die Temperatur ändert.
Für diesen Fall, in dem sich die Temperatur von 127 auf 23 Grad geändert hat, ist es notwendig, die Energie bei beiden Temperaturwerten zu berechnen und ihr Verhältnis zu finden. Wenn wir die Werte in die Formel einfügen, erhalten wir:
E1 = (3/2) * k * T1 / ((mm/A) * M)
E2 = (3/2) * k * T2 / ((mm/A) * M)
- E1 - durchschnittliche kinetische Energie bei einer Temperatur von 127 Grad
- E2 - durchschnittliche kinetische Energie bei einer Temperatur von 23 Grad
- T1 - temperaturwert von 127 grad
- T2 - temperaturwert von 23 Grad
Das Verhältnis der durchschnittlichen kinetischen Energien von Helium bei diesen Temperaturen ist definiert als:
Verhältnis = E2 / E1
Indem wir die Werte der durchschnittlichen kinetischen Energien ersetzen, erhalten wir das gewünschte Verhältnis.
Verringerung der kinetischen Energie von Helium bei Abnahme der Temperatur von 127 auf 23 Grad
Angesichts der Tatsache, dass die Temperaturänderung 127 - 23 = 104 Grad beträgt, kann man also sagen, dass die kinetische Energie von Helium um das 104-fache abgenommen hat.
Die Verringerung der kinetischen Energie von Helium bei einer Temperaturabnahme von 127 auf 23 Grad ist bei verschiedenen physikalischen und chemischen Prozessen, wie z. B. Verflüssigung von Gasen, Kondensation von Dämpfen, Folienbildung auf der Oberfläche und anderen, unerlässlich.
Die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Temperatur und der kinetischen Energie von Helium ermöglicht ein besseres Verständnis vieler physikalischer Phänomene und Prozesse sowie die Anwendung dieses Wissens in verschiedenen technologischen Bereichen.
