Théorie cinétique des gaz/Annexe/Démonstration de l'équation d'état du gaz parfait

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Modèle:Annexe

Homogénéité et isotropie de la distribution des vitesses : p(v)=4π(aπ)3/2v2eav2 avec a=m2kT

d3n=d*d3τ=NVd3τ

On commence le calcul pour les molécules de vitesse v à dv près d4n=NVd3τp(v)dv

Parmi ces molécules, seules celles qui sont dans le bon angle solide comptent d6n=NVd3τp(v)dvd2Ω4π

En sphérique d3τ=r2drdθsin(θ)dφ

d2Ω=cos(θ)r2d2S

d4n=φ=0φ=2πθ=0θ=π2r=0r=vdtNVr2p(v)dvcos(θ)4πd2Sr2sin(θ)drdθdφ=NVp(v)dvd2S4πφ=0φ=2πθ=0θ=π2r=0r=vdtcos(θ)sin(θ)drdθdφ=NVp(v)dvd2S4πvdt2π12=NVp(v)dvd2S4vdt

On intègre sur les vitesses

d3n=v=0v=+NVp(v)vd2S4dtdv=Nd2S4Vdtv=0v=+v4π(aπ)3/2v2eav2dv=Nd2SVdt(aπ)3/2πv=0v=+v3eav2dv=Nd2SVdt(aπ)3/2πav=0v=+veav2dv=Nd2SVdtππ3/2a3/22a2=N2V1πad2Sdt

d6pparoi=NVd3τp(v)dv(2mvcos(θ)uz)d2Ω4π

d4pparoi=φ=0φ=2πθ=0θ=π2r=0r=vdtNVd3τp(v)dv(2mvcos(θ))d2Ω4πuz=φ=0φ=2πθ=0θ=π2r=0r=vdtNVp(v)dv2mvcos(θ)14πr2sin(θ)d2Scos(θ)r2drdθdφuz=Nmvp(v)2πVdvφ=0φ=2πθ=0θ=π2r=0r=vdtcos(θ)sin(θ)d2Sdrdθdφuz=Nmvp(v)d2Sdv2πV2πvdt13uz=Nmd2Sdt3Vv2p(v)dvuz

On intègre sur les vitesses :

d3pparoi=v=0v=+Nmd2Sdt3Vv2p(v)dvuz=Nmd2Sdt3Vv=0v=+v44π(aπ)3/2eav2dvuz=Nmd2Sdt3V4π(aπ)3/238a2πauz=Nmd2Sdt2V1auz=Nmd2Sdt2V2kTmuz=NkTVd2Sdtuz

d2Fd2S=NkTVd2S=pd2Suz avec p=NkTV

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