
【化】 gas kinetics; kinetic theory of gases
气体动理学理论(Kinetic Theory of Gases)是物理学中解释气体宏观性质(如压强、温度、热容)的微观理论框架。该理论基于以下核心假设:气体由大量微观粒子(分子或原子)组成,这些粒子处于永不停息的无规则热运动中,并通过碰撞与容器壁或其他粒子相互作用。其详细含义可从汉英词典角度拆解如下:
物质的一种聚集态,分子间距大、相互作用力弱,可自由移动并充满整个容器(A state of matter with large intermolecular spacing, weak forces, and indefinite shape/volume)。
研究物体运动原因及规律的学科(The branch of mechanics concerned with motion and its causes)。在气体理论中,特指分子热运动的统计行为。
通过假设与推理构建的解释性框架(A system of ideas explaining phenomena based on general principles)。
气体分子作高速随机运动,平均动能与热力学温度成正比:
$$ frac{1}{2}moverline{v} = frac{3}{2}k_B T $$
其中 ( m ) 为分子质量,( overline{v} ) 为方均根速度,( k_B ) 为玻尔兹曼常数,( T ) 为绝对温度。
宏观参数(压强、温度)是大量分子碰撞的统计平均结果。例如压强公式:
$$ P = frac{1}{3}nmoverline{v} $$
( n ) 为单位体积分子数,揭示压强源于分子对器壁的动量传递。
分子速度服从概率分布:
$$ f(v) = 4pi left( frac{m}{2pi k_B T} right)^{3/2} v e^{-mv/(2k_B T)} $$
该分布描述了特定温度下分子速度的统计规律。
悬浮微粒的无规则运动(1827年布朗发现)为分子热运动提供直接证据,爱因斯坦通过动理学理论给出定量解释。
结合压强公式与能量均分定理,可导出理想气体状态方程 ( PV = nRT ),衔接微观理论与宏观定律。
权威参考来源:
气体动理学理论(又称气体分子动理论)是从微观角度研究气体宏观性质及热现象的统计物理理论。以下为综合解释:
气体动理学理论以分子热运动为基础,通过统计方法建立微观分子行为与宏观物理量(如压强、温度)之间的联系。它与热力学相辅相成:热力学研究宏观热现象,而动理学理论揭示其微观本质。
理想气体状态方程
核心公式为:
$$PV = nRT$$
其中$P$为压强,$V$为体积,$T$为温度,$n$为物质的量,$R$为气体常数。
分子速度分布
麦克斯韦分布描述平衡态下分子速度的概率分布:
$$f(v) = 4πleft(frac{m}{2πkT}right)^{3/2}ve^{-frac{mv}{2kT}}$$
其中$m$为分子质量,$k$为玻尔兹曼常数。
分子平均自由程
两次碰撞间的平均距离公式:
$$λ = frac{1}{sqrt{2}πdn}$$
$d$为分子直径,$n$为分子数密度。
能量均分定理
每个自由度平均能量为$frac{1}{2}kT$,用于解释气体热容。
提示:如需更详细公式推导或应用案例,可参考道客巴巴或原创力文档的完整课件。
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