það sem ég er búin að læra í nátúru fræði

ég er búinn læra um lívið og eðlis þingd hluda og bagteríur

hröðun og hraðabreyting frumeeinda og sameinda

Hvernig reiknar maður út hröðun eða hraðabreytingu frumeinda eða sameinda efnis þegar viðkomandi efni er hitað eða kælt
Hröðun (e. acceleration) hluta er skilgreind sem hraðaaukning háð tíma. Þannig er til dæmis hægt að tilgreina hröðun kappakstursbifreiðar með því að tiltaka hve mikilli hraðaaukningu, til dæmis í km/klst, viðkomandi bifreið nái á sekúndu. Hröðunin væri þá gefin upp í einingunni km/(klst∙sek). Samkvæmt alþjóðlegum staðli (SI-einingarkerfi), þar sem vegalengd er tilgreind í metrum (m) og tími í sek (s) væri hröðun þó tilgreind í einingunni m/s2.

Samkvæmt einfaldasta líkani yfir hreyfingar efniseinda (frumeinda og sameinda) sem á við um gasham, ferðast efniseindir með jöfnum hraða milli þess sem þær geta rekist á aðrar eindir og breytt um stefnu og hraða. Samkvæmt því líkani er hraðabreyting agnanna óháð tíma milli þess sem þær lenda í árekstrum og hröðunin þá núll. Þetta gildir óháð hitastigi. Öðru máli gegnir ef við ræðum um hraðaaukningu háða hitastigi og leitum svara við spurningu á borð við „Hvernig reiknar maður út hraðabreytingu frumeinda eða sameinda efnis við breytingu á hitastigi?“ Svarið felst þá í að tilgreina leið til að ákvarða hraðabreytinguna sem á sér stað háð hitastigi og ákvarða hana í einingum á borð við km/(klst∙°C) eða m/(s∙K) (SI einingarkerfi). K stendur fyrir eininguna kelvín.

Hraðabreyting gassameinda sem fall af hitastigi samkvæmt jöfnu (2)

Ákvörðun á hraða, og þar af leiðandi líka hraðaukningu, fyrir efniseindir (frumeindir eða sameindir) í vökva- eða storkuham er erfiðleikum háð vegna sífelldra hraðabreytinga sem orsakast af stöðugum árekstrum og kraftvirkni milli eindanna. Í gasham gegnir nokkuð öðru máli og einfalt samband gildir milli meðalhraða eindanna og hitastigs. Hér verður því einungis svarað spurningunni fyrir gasham efnis.

Meðalhraða (ν) sameinda í gasham má grófáætla út frá jöfnunni

υ=3RTM−−−−√ (1)

þar sem R er gasfasti (8.315 J∙K-1∙mól-1), T er hitastig í einingunni kelvín (T = t°C + 273.15) og M er massi sameindar (kg/mól). Hraðabreytingu háð hita (b) má þá grófáætla með því að ákvarða breytingu í hraða (ν2 - ν1 = Δν) yfir hitastigsbil, T2 - T1 (ΔT) og reikna hlutfallið Δν/ΔT ~ b. Samkvæmt aðferðum stærðfræðinnar er unnt að meta slíka hraðabreytingu nánar með því að finna afleiðu jöfnu 1 hér að ofan með tilliti til hitastigs (það er δν/δT = b). Þá fæst

b=±3R4MT−−−−√ (2)

Ákvörðun á hraðabreytingu með hitastigi felst þá í að reikna b-gildi samkvæmt jöfnu 2 sem fall af hitastigi fyrir frumeind eða sameind með mólmassa M. + formerkið á við um hitun en – formerkið á við um kælingu.

Hraðabreyting gassameinda sem fall af hitastigi samkvæmt jöfnu 2
Hiti í °C -10°C 25°C 100°C
Köfnunarefni, N2 (g)
Hraðabreyting við hitun mælt í
km/(klst∙°C) [m/(s∙K)] 3.31
[0.920] 3.11
[0.864] 2.78
[0.773]
Súrefni, O2 (g)
Hraðabreyting við hitun mælt í
km/(klst∙°C) [m/(s∙K)] 3.09
[0.861] 2.91
[0.808] 2.60
[0.723]
Í töflunni og á línuritinu sem fylgir má sjá hraðabreytingu fyrir hitun gassameinda súrefnis og köfnunarefnis á hitastigsbilinu -10°C til 100°C, sem dæmi. Samkvæmt þeim má ljóst vera að hraðabreytingin minnkar með hitastigi og eykst eftir því sem massi efniseinda minnkar. Það er í samræmi við jöfnu 2. Þá sést að hraðaaukning köfnunarefnis og súrefnissameinda sem umlykja okkur í andrúmsloftinu er á að giska 3 km/klst fyrir hverja gráðu sem hitinn eykst.

Frekara lesefni af Vísindavefnum:
Hvað hreyfast sameindir hratt þegar þær eru í -10°, 0° og 10° hita? eftir Ágúst Kvaran
Fyrst hiti stafar af hreyfingu efniseinda og ljóshraðinn setur henni mörk, er þá ekki hægt að reikna út hæsta hitastigið? eftir Þorstein Vilhjálmsson
Hvað verður um hreyfingar efniseinda við alkul? eftir Viðar Guðmundsson
Hver er mesti hraði sem manneskja hefur náð á hvernig farartæki sem er? eftir Ulriku Andersson
Hvaða bílar eru hraðskreiðustu bílar heims, fyrir utan formúlubíla?

þetta er mjög merkilegt