Se dice que la constante interacción entre las moléculas de un gas (en forma de colisiones) actúa como una influencia que y evita que las moléculas del gas de colocar. ¿Pero dada la fuerza de la gravedad, no las moléculas de gas en algún momento del tiempo?
Respuestas
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Que se utilizan para todas las colisiones de ser algo con pérdida, es decir, cuando usted piensa en la mayoría de los choques, un poco de la energía cinética que se pierde en cada colisión de las partículas se hará más lento. Si están sujetos a la gravedad, que le llegan a un acuerdo.
Por el contrario, las colisiones entre las moléculas de gas son perfectamente elásticas para un no-reactiva de gas (mezcla), no hay ningún mecanismo por el cual la suma de las energías cinéticas después de la colisión es menor que antes. *
Incluso si un individuo molécula de gas brevemente se encuentra en reposo en contra de la parte inferior del recipiente, el movimiento térmico de las moléculas del recipiente casi de inmediato darle una "patada" y poner de nuevo en circulación.
Existe un teorema denominado de la equipartition teorema que nos dice que por cada grado de libertad, las moléculas de gas se en promedio contienen $\frac12 kT$ de energía. Este es un promedio de las moléculas individuales pueden a veces tener más o menos. Pero el promedio debe ser mantenido - y esto significa que las moléculas de gas mantenerse en movimiento.
Una manera de conseguir que las moléculas del gas a asentarse en el fondo del recipiente sería hacer que las paredes del recipiente muy frío toma de energía térmica de distancia, las moléculas eventualmente se mueven tan lentamente que el efecto de la gravedad (y fuerzas intermoleculares) dominará. Que no sucede por sí mismo, usted necesita para eliminar la energía de alguna manera.
Para estimar la temperatura que usted necesita: un contenedor que es de 10 cm de altura, la energía potencial gravitacional diferencia de una molécula de nitrógeno es $mgh = 1.67\cdot 10^{-27}\cdot 28 \cdot 9.8 \cdot 0.1 = 4.6\cdot 10^{-26}~\rm{J}$. Dejando eso de igual a $\frac12 kT$ nos da una temperatura de
$$T = \frac{2 m g h}{k} = 3.3 mK$$
Que la mili Kelvin. Así que sí - cuando las cosas se ponen muy, muy fría, la gravedad se convierte en un factor significativo y las moléculas de aire se puede colocar cerca de la parte inferior de su contenedor.
* Estrictamente hablando, esto es una simplificación. Con la energía suficiente, algunas colisiones pueden llevar a la excitación electrónica e incluso la ionización de las moléculas. La des-excitación de estos estados puede resultar en radiativo "pérdida" de energía, pero si el sistema es verdaderamente cerrado (perfectamente aislado) de la radiación va a permanecer en el interior hasta que se re-absorbido. Aún así, esto significa que, al menos por un poco de tiempo, energía cinética puede parecer estar "perdido". Del mismo modo, hay algunos modos de vibración de las moléculas que emocionarse en energía suficientemente alta temperatura; en estos modos, la energía se mueve desde "cinética" a "potencial" y de nuevo, por lo que no es "cinética" por un poco de tiempo.
Una consideración importante en todo esto es "¿cuál es la temperatura de cualquier cosa que el gas puede intercambiar energía con". Que no es sólo de las paredes del recipiente (a pesar de que su temperatura es muy importante), sino también la temperatura de cualquier objeto que el de gas "ve" -, ya que cada sustancia en la no-cero de temperatura de un cuerpo negro emisor (algunos de manera más eficiente que otros), si el gas intercambio de radiación con una zona más fría, esto proporcionará un mecanismo para que el gas se enfríe. Y si el gas se enfría lo suficiente, la gravedad gana.
Michael Seifert
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3156
De hecho, las partículas en una caja de gas son un poco más denso en la parte inferior que en la superior. En general, la probabilidad de encontrar una partícula con una energía total de $E$ es proporcional al factor de Boltzmann: $$ P(E) \propto e^{-E/kT}. $$ En particular, la energía potencial de una molécula de gas es $mgh$ donde $h$ es la altura por encima de algunas de punto fijo (el "piso" de la caja, por ejemplo.) Si tenemos en cuenta la relativamente probabilidades de que una partícula se encuentra en el piso de un cuadro de ($h = 0$) frente a la que se encuentra en una altura de $h$ por encima de la parte inferior de un cuadro, vamos a tener $$ \frac{P(h)}{P(0)} = \frac{e^{-mgh/kT}}{e^{0}} = e^{-mgh/kT}. $$ Por lo tanto, la densidad de las moléculas de gas es inferior a una altura $h$ que es cerca de la planta, ya que son menos propensos a encontrarse a estas alturas.
El problema es que este factor es pequeña para las temperaturas típicas y las masas de las moléculas de gas. Para el aire en mi oficina, tenemos $m \approx 32$ uma (la masa de una molécula de oxígeno, $h \approx 3$ m (la altura de piso a techo), y $T \approx 293$ K. Conectar todos estos, tenemos que la densidad del aire en el techo es 99.961% de la densidad en el suelo.
Ravi
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Basado en los diversos comentarios, creo que vale la pena señalar que incluso las moléculas en un sólido no "resolver" — ellos también están constantemente en movimiento rápido.
La diferencia entre un sólido y un gas es que, en el sólido, cada molécula se limita a un pequeño volumen a través de las interacciones con cerca de moléculas.
Cuando un sólido se parece a "resolver", lo que realmente sucede es que todos los de la obvia macroscópica de movimiento, simplemente se convierte en hacer que el individuo moléculas vibran más rápido dentro de sus confines. (con algunos de la pérdida de energía debido a la transferencia de momentum para el que rodea las partículas de aire)
lynell ingram
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La física clásica.
La probabilidad de encontrar una molécula en algunas altura $h$ es proporcional a la densidad de $\rho(h)$, que puede ser calculado. Una columna de aire desde el suelo hasta el techo pesa $\rho gh A$, donde $\rho$ es el promedio de la densidad, $g$ es la aceleración debida a la gravedad =$9.8 m/sec^2$, $h$ es la altura de la sala de $=3m$ $A$ es la arbitrariedad de la zona de la columna. Este peso es apoyado por una fuerza de $A dp$ donde $dp$ es la diferencia de presión de piso a techo, y para un gas ideal a temperatura constante $T=293K$ esto es als0 $RTd\rho$. Aquí $R$ es la constante de los gases $=287 J/kg^{-1}K^{-1}$ para el aire. Así la equiparación de la fuerza para el peso da$$\frac{d\rho}{\rho}=\frac{3\times 9.8}{287\times293}=3.5\times 10^{-4}$$ y esto le da a la relación de densidades en el techo y en el piso como 0.9996, de la misma manera como la solución por Michael Seifert. No es la física maravilloso?
¿Cómo esta la respuesta a la pregunta? La presión ejercida por un gas (en sí mismo, así como en una pared) es causado por el azar de los empujones de las moléculas. Vagamente, es la energía cinética de las moléculas en la unidad de volumen. Hay menos moléculas en el techo, pero son empujones tan enérgicamente porque están a la misma temperatura (temperatura y = empujones por molécula). La disminución de la presión y la disminución de la densidad justo equilibrio. Se puede extender este argumento para encontrar la presión y la densidad de todo el camino hacia arriba a través de la atmósfera, aunque no está de más tener en cuenta entonces que cuando sólo considerando el aire en una habitación.
LA EXPANSIÓN DE LA RESPUESTA Ha habido algunas buenas respuestas a esta pregunta, y a algunos ... no es tan buena. Considerar que la definición de un gas es la de una sustancia que se expande para llenar cualquier recipiente que se coloca en. Si el contenedor no está cerrado, (lentamente, tal vez) se fuga. Tomar algún tiempo para considerar si esta es una definición que usted puede estar de acuerdo con. Iba a seguir a partir de esta definición que un gas se expande para llenar cualquier recipiente que poner, o si no otro gas que ya está allí. Se acaba de ocupar los espacios
Ahora imagina que un contenedor de sodio hexafluoruro se coloca en el medio de el piso y el tapón se quita. Dentro de un par de minutos casi todos los de la $SF_6$ se han sustituido por aire. De hecho, los porcentajes serán del mismo en el envase y en la habitación. Piense cuidadosamente si se acepta esto.
Ahora mira a ver qué respuestas pueden explicar este hecho, no olvidar lo que la definición de un gas es.
El último punto. si usted enfriar un gas suficiente se convierte en líquido. A esta temperatura las moléculas ya no se comportan de forma independiente, pero de forma transitoria bonos, y el resultado es un líquido que tiene un determinado volumen y se asienta en la parte inferior de cualquier contenedor. Enfríe algunos más y los bonos se convierten en permanentes, aunque no muy rígida. Entonces llamamos a un sólido.
Rein
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Moléculas de gas no se instalan porque tienen demasiada energía cinética. Conforme pasa el tiempo, se disipa esa energía (calor), y las moléculas de 'resolver'. Cuando esto ocurre se convierten en un líquido o un sólido. Cuando gas 'coloca' como describes, no es un gas. Sin embargo, su vale la pena destacar que gases densos 'zanjar' bajo menos gases densos en mucho la manera de describir, aunque siguen siendo gases y las moléculas toman volumen no en forma sólida o líquida.
