Molekulide kiiruste jaotus

Ideaalset gaasi iseloomustatakse sageli molekulide keskmise kiirusega. Kuid sageli huvitab ka see, kuidas on erinevad võimalikud kiirused molekulide vahel jaotunud. Näiteks võib olla oluline teada, kui paljude molekulide kiirused on keskmisest kümme korda suuremad või kui paljude molekulide kiirus jääb teatud etteantud vahemikku.

Matemaatilised avaldised sellistele küsimustele vastamiseks on küllalt keerukad. Alljärgneval joonisel on ligikaudselt kujutatud hapniku molekulide kiiruste jaotus toatemperatuuril (300 K).

Hapniku molekulide kiiruste jaotus toatemperatuuril.

Rohelise joone kõrgus näitab vastava kiirusega molekulide suhtarvu. Näeme, et graafiku maksimum on umbes 400 m/s juures. Just selline on kõige tõenäolisem kiirus hapniku molekuli jaoks. Molekule, mille kiirus on sellele väärtusele lähedane, on väga palju. Väga kiireid molekule, mille kiirus on üle 800 m/s, on oluliselt vähem. Samuti on väga vähe hästi aeglaseid molekule, mille kiirus jääb alla 100 m/s.

Molekule iseloomustatakse tegelikult mitmete tähenduselt veidi erinevate “keskmiste” kiirustega. Kolm eriti levinud “keskmist” kiirust on tavaline keskmine kiirus, ruutkeskmine kiirus ja kõige tõenäolisem kiirus. Kui ei pea väga täpselt arutlema, võib neid mitte eristada.

Järgmine joonis näitab, kuidas muutub kiiruste jaotus temperatuuri muutumisel.

Kiiruste jaotuse muutumine temperatuuri muutudes.

Rohelisega on siin endiselt kujutatud hapniku molekulide kiiruste jaotus toatemperatuuril. Viirutatud rohelise riba pindala on nende molekulide suhtarv, mille kiirus jääb vahemikku 400-600 m/s. Punane joon vastab märksa madalamale temperatuurile 80 K (umbes -193 ). Nagu näha, muutub graafik hapniku jahtumisel palju kitsamaks ja teravamaks ning selle maksimum nihkub vasakule. Kõige tõenäolisem kiirus on nüüd väiksem, umbes 200 m/s. Niisuguseid molekule, mille kiirus oleks üle 600 m/s, on ülivähe. Seevastu selliseid molekule, mille kiirus on alla 100 m/s, on küllaltki suur arv.

INGLISKEELSED TERMINID
molekulide kiiruste jaotus – distribution of molecular speeds