Winkler Prins Encyclopedie

E. de Bruyne, G.B.J. Hiltermann en H.R. Hoetink (1947)

Gepubliceerd op 28-01-2023

KINETISCHE THEORIE

betekenis & definitie

van de warmte is de opvatting, dat de physische achtergrond van wat wij als warmte waarnemen gevormd wordt door de bewegingstoestand der moleculen.

Bij een eenatomig gas vliegen de moleculen rechtlijnig voort en is de kinetische energie van translatie per molecule 1½ kT, waarbij k de constante van Boltzmann is en T de absolute temperatuur (nulpunt 273 gr. beneden nul gr. C.). De druk van een gas op de wanden van een vat kan hieruit verklaard worden (zgassenendampen), zoals Clausius aantoonde en enkele zijner voorlopers in de 17de en 18de eeuw reeds ingezien hadden.

De driedimensionale translatiebeweging heeft 3 vrijheidsgraden (de 3 coördinatenrichtingen) en men kan dus ook zeggen, dat de moleculaire energie per vrijheidsgraad hier 1/2 kT bedroeg. Men moet aannemen, dat ook voor andere vrijheidsgraden dit bedrag aanwezig is: wet der aequipartitie. Bij stijve tweeatomige moleculen zijn er nog twee vrijheidsgraden van rotatie. Kunnen de twee atomen, t.o.v. elkaar trillen, dan geeft dit nogmaals twee vrijheidsgraden, één van potentiële en één van kinetische trillingsenergie.

Bij een vaste stof en vloeistof heeft de driedimensionale trilling van een molecuul t.o.v. zijn omgeving drie vrijheidsgraden van kinetische en nogmaals drie van potentiële aard. De energie per molecuul is hier dus 6 maal l/2 kT. Per grammolecuul is dit 3NkT, waar N het getal van Avogadro is.

Voor deze stoffen neemt dus de energie per graad met 3 Nk =3 R toe, waar R = Nk de zgn. gasconstante is, met de waarde 2 cal/graad Mol. Daar genoemde energietoeneming de soortelijke warmte voorstelt is deze per Mol of gramatoom voor vaste stoffen en eenatomige vloeistoffen 6. Dit is de wet van Dulong en Petit.

Voor de s.w. van eenatomige gassen vindt men zo 3, voor gassen met tweeatomige stijve moleculen 5 per Mol.

Bij lage temperatuur treden afwijkingen van de wet der aequipartitie op. Deze zgn. ontaarding van vrijheidsgraden wordt verklaard door de golfmechanica, die de bewegingsmogelijkheden meer beperkt dan de klassieke theorie (z thermodynamica).

< >