Teoria cinetică este o teorie științifică referitoare la natura gazelor. Teoria poartă mai multe nume, inclusiv teoria cinetică a gazelor, teoria cinetico-moleculară, teoria coliziunilor și teoria cinetico-moleculară a gazelor. Ea explică proprietățile observabile și măsurabile, numite și macroscopice, ale gazelor în ceea ce privește compoziția și activitatea lor moleculară. În timp ce Isaac Newton a teoretizat că presiunea unui gaz se datorează repulsiei statice dintre molecule, teoria cinetică susține că presiunea este rezultatul ciocnirilor dintre molecule.
Teoria cinetică face o serie de presupuneri despre gaze. În primul rând, un gaz este format din particule foarte mici, fiecare cu masă diferită de zero, mișcându-se constant într-o manieră aleatorie. Numărul de molecule dintr-o probă de gaz trebuie să fie suficient de mare pentru o comparație statistică.
Teoria cinetică presupune că moleculele de gaz sunt perfect sferice și elastice și că ciocnirile lor cu pereții recipientului lor sunt, de asemenea, elastice, ceea ce înseamnă că nu duc la nicio modificare a vitezei. Volumul total al moleculelor de gaz este neglijabil în comparație cu volumul total al containerului lor, ceea ce înseamnă că există spațiu amplu între molecule. În plus, timpul din timpul ciocnirii unei molecule de gaz cu peretele recipientului este neglijabil în raport cu timpul dintre coliziunile cu alte molecule. Teoria se bazează în continuare pe presupunerea că orice efecte relativiste sau mecanice cuantice sunt neglijabile și că orice efecte ale particulelor de gaz unul asupra celuilalt sunt neglijabile, cu excepția forței exercitate de ciocniri. Temperatura este singurul factor care afectează energia cinetică medie, sau energia datorată mișcării, a particulelor de gaz.
Aceste ipoteze trebuie menținute pentru ca ecuațiile teoriei cinetice să funcționeze. Un gaz care îndeplinește toate aceste ipoteze este o entitate teoretică simplificată cunoscută sub numele de gaz ideal. Gazele reale se comportă de obicei suficient de similar cu gazele ideale pentru ca ecuațiile cinetice să fie utile, dar modelul nu este perfect precis.
Teoria cinetică definește presiunea ca forța exercitată de moleculele de gaz atunci când se ciocnesc de peretele containerului. Presiunea este calculată ca forță pe zonă sau P = F/A. Forța este produsul dintre numărul de molecule de gaz, N, masa fiecărei molecule, m, și pătratul vitezei lor medii, v2rms, toate împărțite la trei ori lungimea recipientului, 3l. Prin urmare, avem următoarea ecuație pentru forță: F = Nmv2rms/3l. Abrevierea, rms, înseamnă rădăcină pătrată medie, o medie a vitezei tuturor particulelor.
Ecuația pentru presiune este P = Nmv2rms/3Al. Deoarece aria înmulțită cu lungimea este egală cu volumul, V, această ecuație poate fi simplificată ca P = Nmv2rms/3V. Produsul presiunii și volumului, PV, este egal cu două treimi din energia cinetică totală, sau K, permițând derivarea proprietăților macroscopice dintr-una microscopică.
O parte importantă a teoriei cinetice este că energia cinetică variază direct proporțional cu temperatura absolută a unui gaz. Energia cinetică este egală cu produsul dintre temperatura absolută, T, și constanta Boltzman, kB, înmulțit cu 3/2; K = 3TkB/2. Prin urmare, ori de câte ori temperatura crește, energia cinetică crește și niciun alt factor nu are efect asupra energiei cinetice.