Атомы или молекулы газа действуют практически независимо друг от друга по сравнению с жидкостями или твердыми телами, частицы которых имеют большую корреляцию. Это связано с тем, что газ может занимать в тысячи раз больше объема, чем соответствующая жидкость. Среднеквадратичная скорость частиц газа напрямую зависит от температуры, согласно «Распределению Максвелла по скоростям». Это уравнение позволяет рассчитать скорость по температуре.
где P - давление, V - объем (не скорость), n - количество молей частиц газа, R - постоянная идеального газа, а T - температура.
Обратите внимание на тот факт, что скорость отдельной частицы газа не может быть получена из температуры составного газа. По сути, каждая частица имеет разную скорость и, следовательно, разную температуру. Этот факт был использован при разработке метода лазерного охлаждения. Однако в целом или в единой системе газ имеет температуру, которую можно измерить.
Обязательно используйте единицы измерения последовательно. Например, если молекулярная масса выражена в граммах на моль, а значение постоянной идеального газа - в джоулях на моль на градус Кельвина, а температура - в градусах Кельвина, тогда постоянная идеального газа - в джоулях на моль-градус Кельвина, а скорость - в метрах на второй.
Попрактикуйтесь с этим примером: если газ - гелий, атомный вес составляет 4,002 грамма / моль. При температуре 293 градусов Кельвина (около 68 градусов по Фаренгейту) и постоянной идеального газа, равной 8,314 джоулей на моль-градус Кельвина, среднеквадратичная скорость атомов гелия равна:
