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Concept
Théorie cinétique des gaz
Résumé
La théorie cinétique des gaz a pour objet d'expliquer le comportement macroscopique d'un gaz à partir des caractéristiques des mouvements des particules qui le composent. Elle permet notamment de donner une interprétation microscopique aux notions de :
température : c'est une mesure de l'agitation des particules, plus précisément de leur énergie cinétique ;
pression : la pression exercée par un gaz sur une paroi résulte des chocs des particules sur cette dernière. Elle est liée à leur quantité de mouvement.
La théorie cinétique des gaz a été développée à partir du . Elle est fondée sur les idées de Daniel Bernoulli, John James Waterston, August Karl Krönig et Rudolf Clausius. James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann ont formalisé son expression mathématique. Les succès de la théorie cinétique des gaz ont constitué un argument fondamental à l'appui de la théorie atomique de la matière. En effet, en prenant en compte les effets des collisions entre les molécules, on a accès aux propriétés de transport (viscosité, diffusion de la matière, conductivité thermique).
thumb|La température d'un gaz parfait monoatomique est une mesure de l'énergie cinétique moyenne des particules qui le constituent. Cette animation montre le mouvement d'atomes d'hélium à , sous une pression de ; la taille des atomes d'hélium et leur distances sont à l'échelle et la vitesse de déplacement des particules a été ralentie deux milliards de fois. Cinq atomes sont de couleur rouge pour faciliter le suivi de leurs mouvements.
Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules subissant certaines interactions, notamment les chocs entre particules et avec la paroi du récipient qui les contient. Ces interactions sont caractérisées par un potentiel comme le potentiel de Lennard-Jones.
Les molécules poly-atomiques sont l'objet de mouvements de rotation ou de vibration qui interviennent dans la capacité thermique des corps.
Dans le cadre de la théorie cinétique, on fait les approximations suivantes :
le volume des molécules est négligeable ;
seuls les chocs ont une influence, les autres interactions sont négligeables.
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