აირების კინეტიკური თეორიისა და მაქსველის განაწილების განხილვისას იგულისხმებოდა, რომ აირის მოლეკულებზე არ მოქმედებს არავითარი ძალა, მოლეკულების შეჯახებების გარდა. ამიტომ, მოლეკულები თაანაბრად ნაწილდება მთელს ჭურჭელში. სინამდვილეში ნებისმიერი აირის მოლეკულები ყოველთვის იმყოფება დედამიწის მიზიდულობის ველში. ამის შედეგად, ყოველი m მქონე მოლეკულა განიცდის სიმძიმის ძალის მოქმედებას f =mg.
გამოვყოთ აირის მოცულობის dh სიმაღლის S ფართის ფუძის მქონე ჰორიზონტული ელემენტი. ვთვლით, რომ აირი არის ერთგვაროვანი და მისი ტემპერატურა მუდმივი. ამ მოცულობაში მოლეკულების რიცხვი ტოლია მისი მოცულობის dV=Sdh ნამრავლისა მოლეკულების n0 რიცხვზე მოცულობის ერთეულში. გამოყოფილ ელემენტში მოლეკულების სრული წონა ტოლია
dF=n0Sdh·mg
dF წონის მოქმედება იწვევს წნევას, რომელიც ტოლია
(12.2) |
მინუსი აქ იმიტომ არის, რომ dh-ის ზრდისას წნევა მცირდება. მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის ძირიტადი განტოლების თანახმად
dP=kTdn0 | (12.3) |
(12.2)-ს და (12.3)-ის მარჯვენა მხარეების გატოლებით, მივიღებთ
kTdn0 = -n0mgdh
ანუ
გავაინტეგროთ ეს გამოსახულება საზღვრებში h0-დან h-მდე (შესაბამისად კონცენტრაცია იცვლება n0-დან n-მდე):
მივიღებთ
აქედან
(12.4) |
exp-თან ხარისხის მაჩვენებელს აქვს მამრავლი mg(h-h0), რომელიც აირის მოლეკულის მოტენციური ენერგიის ნაზრდს განსაზღვრავს. თუ მოლეკულას გადავანაცვლებთ h0 დონიდან h დონეზე, მაშინ მისი პოტენციური ენერგიის ცვლილება იქნება
ΔW = mgh-mgh0
მოლეკულების კონცენტრაციის განტოლება მიიღებს სახეს
(12.5) |
ეს განტოლება გამოსახავს ბოლცმაბის ზოგად კანონს და იძლევა ნაწილაკების რიცხვის განაწილებას მათი პოტენციური ენერგიის მიხედვით. ის გამოიყენება ნაწილაკების ნებისმიერი სისტემისთვის, რომელიც ძალურ ველში იმყოფება, მაგალითად ელექტრულში.