De kinetische gastheorie en de energie van moleculen

[physicalattraction]

- Proef 1. Nu kan men op de wanden kleine nano detectoren b’ plaatsen, die de energieoverdracht van a op b en visa versa kunnen meten. Een botsing kan dan detecteerbaar zijn. Indien er energieoverdracht naar de gasmassa (bv. door verwarming van het gas in een gesloten vat), plaatsvindt, zou men moeten kunnen meten dat het proces, zoals boven beschreven, zorgt voor een nog grotere elastische botsing.

Wat die nanodetectoren doen in je verhaal weet ik niet, maar je kunt inderdaad meten of de wand energie aan de gasmoleculen toevoegt. In dat geval zou de temperatuur van het gas namelijk toenemen. Hou nu een bepaald volume gas een tijd in de container en kijk of hij spontaan warmer wordt. Indien dit het geval is klopt jouw theorie. Indien dit niet het geval is klopt de kinetische gastheorie.

- Proef 2. Ook stel ik me voor dat het mogelijk moet zijn om een wand te construeren, die de volledige energie van de gasmolecules absorbeert, zodat de eertijds "elastische botsingen", niet elastisch worden. Het gevolg zou dan zijn dat de gasmolecules na verloop van tijd hun kinetische energie en warmte verliezen, en onder invloed van de zwaartekracht naar de bodem van het vat zakken, en er bovenaan in het vat een vacuüm ontstaat.

Indien jij een wand voor een vat kan fabriceren waarin we een gas opsluiten dat dan spontaan afkoelt, dan klopt jouw theorie. Indien je dit niet voor elkaar krijgt, lijkt me dit een sterke aanwijzing dat de kinetische gastheorie klopt.

[cock]

Dag Physicalattraction,

Wat die nanodetectoren doen in je verhaal weet ik niet,

Nanodetectoren zouden moeten meten of er afzonderlijke gasmoleculen tegen de detector knallen, die dan deel uitmaakt ,van de wand. Als dit niet, of veel minder dan logisch verwacht het geval is, dan is mijn theorie juist.

Hou nu een bepaald volume gas een tijd in de container en kijk of hij spontaan warmer wordt.

Hou een bepaalde hoeveelheid gas bij kamertemperatuur in een gesloten vat in een kamer, met identieke druk en temperatuur, dan zal de temperatuur uiteraard constant blijven. Dit bewijst noch mijn, noch de klassieke verklaring.

(..) lijkt me dit een sterke aanwijzing dat de kinetische gastheorie klopt.

Net het omgekeerde geldt. Het gas zal niet spontaan afkoelen, pleit dat niet voor mijn opvatting?

Ik vrees wel dat er mijnerzijds en uwerzijds misverstanden zijn. Bedenk dat proef 1 en 2 waren niet bedoeld om mijn theorie te bevestigen, maar om de ,klassieke theorie te ontkrachten.

Groeten.

[physicalattraction]

Dan begrijp ik inderdaad je proeven niet. Laten we een proef tegelijkertijd bespreken, te beginnen met de eerste. Je hebt het over nanodetectoren die kunnen meten hoeveel energieoverdracht er is tussen de moleculen en de wand. Dit zou dan uiteindelijk leiden tot afkoeling/opwarming van de wand/moleculen. Is dit wat je bedoelt? Kun je dan explicieter aangeven welk experiment je voor ogen hebt, wat je verwacht wat de uitkomst daarvan is, en hoe dit de kinetische gastheorie ontkracht?

Weet je trouwens zeker dat je niet bedoelt dat die nanodetectoren meten welke kracht elk molecuul op de wand uitoefent? Dat heeft in principe niets met energie te maken, zoals al meerdere malen gemeld in deze topic.

[Marko]

Dat zal moeilijk zijn, maar de klassieke verklaring die nu de wetmatigheden van de kinetische gastheorie verklaart falsifiëren kan wel.

Uit de kinestische gastheorie volgt: pV = nRT

Men meet, bij benadering: pV = nRT

Tot zover de pogingen tot falsificatie.

Conclusie: voor zover de uitgangspunten van de kinetische gastheorie niet juist zouden zijn, leiden ze in ieder geval niet tot een volkomen onjuiste beschrijving van de waarnemingen. Wetenschappelijk gezien is dat het voornaamste. Toch zijn er betere beschrijvingen. Zo worden de moleculen binnen de kinetische gastheorie beschouwd als puntdeeltjes, terwijl ze dat in werkelijkheid niet zijn. Beschrijvingen die deze (en andere) effecten wel meenemen, zoals de vergelijking van Van der Waals, zijn nóg beter in overeenstemming met de waarneming. Maar ook deze beschrijvingen zijn geënt op het idee van willekeurig bewegende deeltjes die volkomen elastisch botsen.

Ik ben geen experimentator, maar ik stel het volgende voor:

- Proef 1. Nu kan men op de wanden kleine nano detectoren b’ plaatsen, die de energieoverdracht van a op b en visa versa kunnen meten. Een botsing kan dan detecteerbaar zijn. Indien er energieoverdracht naar de gasmassa (bv. door verwarming van het gas in een gesloten vat), plaatsvindt, zou men moeten kunnen meten dat het proces, zoals boven beschreven, zorgt voor een nog grotere elastische botsing.

Je kunt niet én de impuls meten én een volkomen elastische botsing handhaven. Maar dat is niet zo'n probleem. Je kunt ook gewoon meten wat het verband is tussen de snelheids(verdeling) en de temperatuur van het gas en de elastische botsingen laten voor wat het is.

De snelheidsverdeling is zichtbaar in het feit dat men bij spectroscopische metingen aan gassen geen welbepaalde frequenties meet maar verdelingen rondom die frequentie, die breder worden naarmate de temperatuur toeneemt (Doppler broadening). Die verdeling volgt ook uitstekend de Maxwell-Boltzmann verdeling, in overeenstemming met de kinetische gastheorie.

Proef 1 is dus gelukt.

- Proef 2. Ook stel ik me voor dat het mogelijk moet zijn om een wand te construeren, die de volledige energie van de gasmolecules absorbeert, zodat de eertijds "elastische botsingen", niet elastisch worden. Het gevolg zou dan zijn dat de gasmolecules na verloop van tijd hun kinetische energie en warmte verliezen, en onder invloed van de zwaartekracht naar de bodem van het vat zakken, en er bovenaan in het vat een vacuüm ontstaat.

Je stelt een soort van cilinder voor, met daarin een wrijvingsloze zuiger en erbuiten vacuum. Binnen de grenzen waarin dit praktisch te realiseren is, is het inderdaad bekend dat in een dergelijke opstelling de temperatuur daalt. Dat de dichtheidsverdeling van gassen afhankelijk is van de hoogte en van de kinetische energie van de moleculen (de temperatuur van het gas) is ook bekend.

Proef 2 is dus ook gelukt.

Als beide proeven een aanduiding geven, dat de klassieke verklaring van de druk op de wanden van het vat door elastische botsingen onjuist is, dan maakt mijn alternatieve verklaring een grote kans.

Beide proeven geven dus geen aanduiding dat de klassieke verklaring onjuist is. En al zou een van beide proeven dat doen, dan zou de wetenschap de juistheid van de voorspellingen die uit de kinetische gastheorie volgen altijd onderkennen. Op dat moment zou een alternatieve verklaring op zich een kans maken. Of dat jouw verklaring is, zal voornamelijk afhangen van de vraag of je in staat bent tot een kwantitatieve voorspelling te komen die in overeenstemming is met de waarnemingen. Gezien je eerdere opmerking "dat dat moeilijk zal zijn", maakt je alternatieve verklaring bij voorbaat geen al te grote kans.

[cock]

Dag Uphoff,

Op 1 februari schreef u het volgende:

Een voorbeeld slechts van een kracht zonder weg die iets opwarmt, een lampje laat branden, een druk verhoogt, iets vervormt, iets met massa verplaatst of op welke manier dan ook energie teweeg brengt, en ik denk dat iedereen hier geïnteresseerd meeleest.

Dat hangt natuurlijk af van wat u onder "weg" verstaat. Weg is iets dat uitgedrukt kan worden als een eendimensionale lijn tussen a en b stel ik me voor. Maar dan zitten we met het begrip druk, dat omschreven wordt als "een kracht die per oppervlakte eenheid wordt uitgedrukt". Druk is in deze omschrijving een vector met richting en grootte, die tweedimensionaal wordt uitgedrukt. Het probleem zit hem er in dat het een kracht is die langs twee kanten werkt (de druk en de verdrukte, en omgekeerd als het ware), of actie en reactie die mekaar opheffen, en die constant in evenwicht blijft. Maar er is wel energie, de potentiële energie, en daar kan men inderdaad (nog?) geen lampje mee doen branden. Daar heb je kinetische energie voor nodig. Newton schreef F=ma. Maar druk is een kracht zonder versnelling, maar wel een versnelling die potentieel aanwezig is, en eens de weerstand opgeheven wordt, die versnelling realiteit.

Dus helaas geen lampje, maar wel een kracht zonder weg die energie teweegbrengt. Maar er is natuurlijk ook zoiets als druk die opgebouwd wordt, dit zou normaal wel een lampje moeten kunnen doen branden, want er is een energetisch verschil, in drie dimensies dan nog wel (druk is driedimensionaal). Maar ik kan maar geen praktisch voorbeeld bedenken zonder weg.

[Marko]

Het gaat er niet om wat "Uphoff", jijzelf of wie dan ook onder "weg" verstaat. Waar het om gaat is hoe die in de natuurkunde gedefnieerd is.

Een heel verhaal over druk en hoe je dingen wel of niet zou kunnen zien is niet relevant en leidt alleen maar af van het punt.

Zodra jij een voorbeeld kunt geven waar een kracht (volgens de natuurkundige definitie) leidt tot de omzetting van energie (volgens de natuurkundige definitie) zonder dat die kracht is uitgeoefend over een weg (opnieuw, volgens de in de natuurkunde gangbare definitie), wordt het interessant. Maar wel, pas dan.

Het verdient dus aanbeveling zich goed in te lezen in de binnen de natuurkunde gehanteerde definities van kracht, druk, energie en weg, alvorens verder te gaan.

Dat de eerder genoemde termen ook in het dagelijks leven worden gebezigd en men in die context definities kan hanteren die lijken op de natuurkundige definities kan inderdaad verwarrend zijn. Maar dat is geen reden om een natuurkundige discussie in de soep te laten lopen door halsstarrig de verkeerde definities toe te passen.

[Michel Uphoff]

Maar ik kan maar geen praktisch voorbeeld bedenken zonder weg

Dat wekt absoluut geen verbazing. Zoals velen hier betoogden en aantoonden is dat dus onmogelijk.

maar wel een kracht zonder weg die energie teweegbrengt.

Waar je die conclusie (bij een weg zoals gedefinieerd binnen de natuurkundige context, zoals Marko zeer terecht opmerkt) vandaan haalt is mij niet duidelijk, dat ze apert onjuist moet zijn wel. Mogelijk bedoel je met 'teweegbrengt' dat als de reactiekracht wegvalt, de actiekracht een weg kan krijgen. Dan is er wel sprake van energie, want dan is er een kracht én een weg.

[cock]

Dag Marko, Uphoff of andere lezers,

- Ik heb wel degelijk gezocht naar een aanvaardbare definitie van weg (path) maar niet gevonden. Zou het mogelijk om mij een "natuurkundig verantwoorde" definitie te geven, ik zal u dank weten.

- Uphoff, ik bedoel inderdaad als de reactiekracht wegvalt en een weg (in natuurlijke zin), mogelijk wordt, en de formule voor kracht van Newton, F=ma die niet geldt voor druk, zoals ik die beschreef, weer geldig wordt. Nu kan men inderdaad redetwisten of druk een kracht is, maar ik denk dat daar in de natuurkunde geen consensus lijkt over te bestaan. Druk lijkt me een interactie van twee krachten 'actie- en reactiekracht', die mekaar in evenwicht houden.,Kan men druk dan (als interactie) als een kracht omschrijven? In dit geval (als het een kracht is), is Newtons formule niet algemeen geldig.

Groeten.

[Flisk]

'Path' moet wel een duidelijk begrip zijn. Het is de afgelegde weg.

Voorbeeld: Ik stap van A naar B, maar ik ga langs C. Dan is mijn afgelegde weg ACB.

De netto verplaatsing daarentegen is AB.

Je zou dit wiskundig kunnen definiëren maar zoiets moet ook wel intuïtief lukken.

Als dit niet direct lukt, zie:

http://www.wetenscha...s-verplaatsing/

Druk is geen kracht. Druk is kracht per oppervlakte.

Als druk hetzelfde was dan kracht, zou men het ook dezelfde naam geven.

[cock]

Dag Flisk, u schreef in uw laatste post

'Path' moet wel een duidelijk begrip zijn. Het is de afgelegde weg.

- Dat lijkt logisch, zeker als u weg (path) ziet als de hoeveelheid verplaatsing. Maar weg wordt soms ook gebruikt als richting (vector), en als u van A naar B gaat en via C gaat, en C ligt buiten de richting, dan zitten we met een probleem in de vectorrekening, denk ik

Druk is geen kracht

- Druk is inderdaad een kracht gedeeld door de oppervlakte P=F/A, maar P blijft wel een kracht. Wikipedia gebruikt de klassieke verklaring (die ik bestrijd, maar die algemeen aanvaard is als verklaring in de fysica) en ziet druk als een kracht die uitgeoefend wordt doordat "moleculen waaruit het medium bestaat van alle kanten tegen het lichaam botsen, oefenen zij per oppervlakte eenheid van het lichaam een zekere kracht uit....". Dit kan een model zijn voor vloeistof en gas, maar stel twee diamanten met een vaste kristaltoestand (moleculen die vastzitten in een raster), die tegen mekaar drukken. De botsende moleculen in een dergelijk medium is moeilijk voorstelbaar.

Er is dus een kracht zonder afstand aan de gang (elektrostatisch), en zonder afstand klopt de definitie F=ma niet. Een versnelling impliceert een afstand (m/s²). Wat wel kan in deze context is de omschrijving is F=M+x, waarbij x kan uitgedrukt worden in in gewichtseenheden, net als massa, X kan dus uitgedrukt worden in dezelfde vorm als massa, en opgeteld worden.

Groeten

[Flisk]

Druk is inderdaad een kracht gedeeld door de oppervlakte P=F/A, maar P blijft wel een kracht.

P is geen kracht. P is een kracht per oppervlakte. Je schrijft het zelf: P=F/A

Dit kan een model zijn voor vloeistof en gas, maar stel twee diamanten met een vaste kristaltoestand (moleculen die vastzitten in een raster), die tegen mekaar drukken. De botsende moleculen in een dergelijk medium is moeilijk voorstelbaar.

Inderdaad, hier heb je gelijk. Bij vaste stoffen is de kinetische gastheorie niet van toepassing. In vloeistof geldt die trouwens ook niet.

Er is dus een kracht zonder afstand aan de gang (elektrostatisch).

Ik dacht ook eerst dat die krachten elektrostatisch waren, jkien heeft mij in een ander onderwerp erop gewezen dat dit niet zo is. Ik heb dan gezocht naar papers die hierover gingen, en hij had gelijk. De reden van die krachten moet helaas in de kwantummechanica gezocht worden.

en zonder afstand klopt de definitie F=ma niet. Een versnelling impliceert een afstand (m/s²).

Iets hoeft niet te bewegen om een kracht uit te oefenen. Terwijl je dit leest zit je op je stoel (neem ik aan) en oefen je een kracht uit op de stoel (je kan de stoel immers voelen drukken). De stoel oefent echter een tegengestelde, even grote kracht uit op jou. Dus je beweegt niet. F=m.a gaat over netto kracht. Als je de stoel weghaalt, zal je vallen. De netto kracht is dan niet meer gelijk aan nul.

[cock]

Dag Flisk,

Je schreef hierboven:

Ik dacht ook eerst dat die krachten elektrostatisch waren, jkien heeft mij in een ander onderwerp erop gewezen dat dit niet zo is. Ik heb dan gezocht naar papers die hierover gingen, en hij had gelijk. De reden van die krachten moet helaas in de kwantummechanica gezocht worden.

Ik heb de tekst van Jkien gelezen, maar ik vraag me af wat het probleem is. Kwantumfysica en fysica kunnen best samengaan, Elektronen zijn fermionen, en willen dus hun plaats in de ruimte bewaren. De elektronen in de atomen van de diamanten kunnen best mechanische druk verdragen, voor de quantumfysche krachten het begeven. Bovendien lijkt de tekst betrekking te hebben op vloeistoffen, ik speek over diamanten..

- Je schreef:

Terwijl je dit leest zit je op je stoel (neem ik aan) en oefen je een kracht uit op de stoel (je kan de stoel immers voelen drukken).

Uit bovenstaand citaat kan ik toch begrijpen dat je druk als een kracht ziet?

[Flisk]

Uit bovenstaand citaat kan ik toch begrijpen dat je druk als een kracht ziet?

Nee. Ik wou gewoon niet onbeleefd zijn: je voelt de stoel drukken op je achterwerk (sorry, maar het is zo). Je achterwerk heeft een oppervlakte dus het is kracht per oppervlakte.

Ik heb de tekst van Jkien gelezen, maar ik vraag me af wat het probleem is. Kwantumfysica en fysica kunnen best samengaan, Elektronen zijn fermionen, en willen dus hun plaats in de ruimte bewaren. De elektronen in de atomen van de diamanten kunnen best mechanische druk verdragen, voor de quantumfysche krachten het begeven. Bovendien lijkt de tekst betrekking te hebben op vloeistoffen, ik speek over diamanten..

Die druk is zo goed als geheel te wijten aan kwantumfysica, niet elektrostatisca. Dit geld zowel bij vloeistoffen als bij vaste stoffen. Maar dit is natuurlijk een detail, we waren immers over gassen bezig.

[Jeanmens]

De moleculen botsen weliswaar veerkrachtig tegen de wand maar na de botsing is de snelheid een beetje minder van deze moleculen.

De temperatuur van de wand is ietsje gestegen en die van het volume gas een fractie gedaald door de ietwat lagere snelheid van de moleculen .

Vergelijk hiermee een biljartbal die tegen een veerkrachtige tafelwand aanrolt en toch snelheid verliest door de botsing.

[physicalattraction]

@Jeanmens: we melden in deze topic nou juist dat dit (in thermische evenwicht) niet het geval is. Heb je een wetenschappelijke bron van een experiment waarbij een gas in een container spontaan afkoelt en de wanden spontaan opwarmen?