kinetische Gastheorie

ki|ne|ti|sche Gas|the|o|rie [↑ Kinetik (1)]: Eigenschaften u. Gesetzmäßigkeiten von Gasen erklärende Theorie, die von der Teilchenhaftigkeit der Gase (als Atome, Moleküle) ausgeht. Demzufolge lassen sich die Wechselbeziehungen zwischen Druck, Volumen u. Temp. eines Gases (↑ Gasgesetz) ebenso wie Diffusion, Wärmeleitung u. innere Reibung auf Wirkungen der kinetischen Teilchenenergie u. Resultate von Stoßprozessen zwischen den Teilchen (vgl. Brown᾿sche Molekularbewegung) zurückführen.

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kinetische Gas|theorie,

 

eine Theorie des gasförmigen Aggregatzustands, als solche ein Teilgebiet der mechanischen Wärmetheorie und damit der statistischen Mechanik. Die kinetische Gastheorie beruht auf der freien und regellosen Bewegung von Molekülen beziehungsweise Atomen im gasförmigen Zustand und leitet daraus deren Gleichgewichtseigenschaften wie Druck, Temperatur und Wärmekapazität sowie die Transportkoeffizienten für die Diffusion (Massentransport), die Wärmeleitung (Energietransport) und die innere Reibung (Impulstransport) ab.

 

Die kinetische Gastheorie geht vom Modell des idealen Gases aus: Die Teilchen des Gases werden als Massepunkte gleicher Masse m betrachtet, Stöße untereinander und mit den Gefäßwänden erfolgen elastisch, zwischenmolekulare Kräfte werden vernachlässigt. Zwischen den Stößen bewegen sie sich unabhängig voneinander gleichförmig ohne Bevorzugung einer Richtung entsprechend der maxwellschen Geschwindigkeitsverteilung. Der Druck p auf die Gefäßwand ergibt sich in diesem Modell als Summe der Impulsänderungen bei Reflexion an der Gefäßwand zu

 

wobei N die Anzahl der im Gasvolumen V befindlichen Moleküle ist und eine mittlere Geschwindigkeit. Zusammen mit der Zustandsgleichung idealer Gase ergibt sich für den Zusammenhang zwischen absoluter Temperatur T und mittlerer kinetischer Energie der Translationsbewegung der Moleküle E̅_kin =³/₂ kT mit k als Boltzmann-Konstante (Gleichverteilungssatz der Energie). - Grundlegende Begriffe der kinetischen Gastheorie sind u. a. mittlere freie Weglänge, Stoßzahl und Verteilungsfunktion.

 

Wegen ihrer Erfolge bei der Erklärung von an Gasen beobachteten Eigenschaften und Phänomenen, v. a. auch durch die Erklärung der brownschen Bewegung als Schwankungserscheinung, trug die kinetische Gastheorie wesentlich zur Anerkennung der wissenschaftlichen Atomtheorie bei. Maßgeblich an ihrer Entwicklung beteiligt waren A. Avogadro, R. Joule, R. Clausius, J. C. Maxwell, L. Boltzmann und A. Einstein.