Áp suất phân tử, động năng và đồ thị khí

Mỗi lần va chạm với thành bình, phân tử khí đổi động lượng và tác dụng lực lên thành. Khi cộng tác dụng của rất nhiều phân tử chuyển động hỗn loạn, mô hình động học cho: $$p=\frac13\nu m_0\overline{v^2}=\frac23\nu\overline{E_{đ}}.$$ Trong đó, $\nu=N/V$ là mật độ phân tử, $m_0$ là khối lượng một phân tử và $\overline{E_{đ}}$ là động năng tịnh tiến trung bình của một phân tử. Công thức cho thấy áp suất tăng khi trong cùng một thể tích có nhiều phân tử hơn hoặc khi chuyển động nhiệt của phân tử mạnh hơn. Đại lượng $\overline{v^2}$ là trung bình của bình phương tốc độ, không phải bình phương của tốc độ trung bình. Sự phân biệt này cần thiết vì các phân tử không chuyển động cùng tốc độ.

Với khí lí tưởng, động năng tịnh tiến trung bình của một phân tử chỉ phụ thuộc nhiệt độ tuyệt đối: $$\overline{E_{đ}}=\frac32k_BT,\qquad k_B=\frac{R}{N_A}.$$ Do đó, hai chất khí khác nhau ở cùng nhiệt độ có cùng động năng tịnh tiến trung bình cho mỗi phân tử. Tuy nhiên, phân tử nặng hơn sẽ có tốc độ đặc trưng nhỏ hơn vì cùng động năng mà khối lượng lớn hơn.

Trước khi nhận dạng một đường quá trình, cần đọc tên hai trục và xác định lượng khí có được giữ nguyên hay không. - Trên đồ thị $p$–$V$, đường ngang biểu diễn đẳng áp, đường đứng biểu diễn đẳng tích và nhánh hyperbol biểu diễn đẳng nhiệt của một lượng khí xác định. - Trên đồ thị $p$–$T$, quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định là đường thẳng qua gốc kelvin. Với số liệu thí nghiệm, các điểm có thể lệch nhẹ khỏi đường lí thuyết do sai số. Cần kiểm tra điều kiện thí nghiệm trước khi kết luận mô hình không phù hợp.