Идея молекулярно-кинетической теории заключается в следующем:
"Молекулярно" - вещество состоит из молекул "Кинетическая" - молекулы обладают кинетической энергией, хаотично двигаются и взаимодействуют между собой и границами своей среды.
Если два вещества соприкасаются друг с другом своими границами, то молекулы одного вещества проникают в другое вещество. Или если в одном веществе есть скопление другого вещества, то молекулы этого другого вещества распространяются среди молекул первого. Это все и есть диффузия.
Газообразные тела устроены так, что представляют собой набор молекул. Средняя кинетическая энергия молекул газа сильно превышает энергию их взаимодействия. Молекулы двигаются хаотически почти как свободные частицы, взаимодействуют (сталкиваются) друг с другом и с границами. Если убрать границу, молекулы разлетятся, занимая весь предоставляемый им объем.
Жидкие тела тоже представляют собой беспорядочно двигающиеся отдельные молекулы, но сравнительно с молекулами газа, молекулы жидкости обладают в среднем меньшей энергией и не так сильно стремятся разлететься, энергия их взаимодействия сравнима с кинетической энергией их движения, расположены они поэтому плотнее. Жидкость также аморфная, как и газ, но т.к. она намного плотнее газа, на нее оказывает сильное влияние сила тяжести. В отличие от газа, одна молекула жидкости взаимодействует не мгновенно с другой молекулой и летит дальше, но взаимодействует сразу со множеством молекул во круг. Молекулы жидкости в толще (далеко от границы жидкости) взаимодействуют со всеми молекулами во круг, а те, что возле границы, испытывают недостаток соседей - отличаются от внутренних, поэтому возникают краевые эффекты, такие как сила поверхностного натяжения.
В твердых телах средняя кинетическая энергия молекул еще меньше, чем в жидкости. Энергия взаимодействия превышает энергию их движения, поэтому она связывает молекулы в устойчивые структуры. Каждая молекула остается вблизи своего равновесного положения и хаотически колеблется во круг него. Твердые тела могут обладать устойчивой формой и сопротивляться ее изменению. Многие твердые тела образуют кристаллы: молекулы располагаются не беспорядочно, а согласно некоторой закономерности, стремясь повторять одну и ту же структуру.
p = 760 мм. рт. ст. 760·133,3 ≈ 1·10⁵ Па
<Vкв> = 400 м/с
ρ - ?
1)
Запишем формулу среднеквадратичной скорости:
<Vкв> = √ ( 3·R·T/M)
Возведем ее в квадрат:
<Vкв>² =3·R·T/M
Отсюда:
R·T = M·<Vкв>²/3 (1)
2)
Запишем уравнение Менделеева-Клапейрона:
p·V = m·R·T / M
Разделим на объем:
p = (m/V)·R·T / M
Учтем, что плотность ρ = m/V
p = ρ·R·T / M
Отсюда:
R·T = p·M / ρ (2)
3)
Приравняем (1) и (2):
M·<Vкв>²/3 = p·M / ρ
Отсюда:
ρ = 3·p·/ <Vкв>² (M - сократили).
Подставляем:
ρ = 3·p·/ <Vкв>² = 3·1·10⁵ / 400² ≈ 1, 9 кг/м³