
【電】 kinetic theory of gases
gas
【化】 gas
【醫】 gas; pneuma-; pneumato-
drive; motivity; power; dynamics; impetus; momentum
【化】 power
【醫】 dynamia; dynamo-; ergo-
【經】 motive power; power
determine; discuss; in terms of; ism; statement; talk about; theory; view
氣體動力論(Kinetic Theory of Gases)是統計力學的一個分支,通過微觀粒子(分子或原子)的隨機運動及其相互作用來解釋氣體的宏觀物理性質(如壓強、溫度、熱容)。其核心思想是:氣體由大量微小粒子組成,這些粒子持續進行無規則熱運動,并通過碰撞交換能量。
氣體由大量微小粒子(分子或原子)構成,粒子尺寸遠小于粒子間距,可視為質點。粒子間除碰撞瞬間外無相互作用力,運動遵循牛頓力學定律。
宏觀性質是大量粒子運動的統計平均結果。例如,溫度反映粒子平均動能(公式:(frac{1}{2}moverline{v} = frac{3}{2}k_B T)),壓強源于粒子對容器壁的碰撞動量變化(公式:(P = frac{1}{3}nmoverline{v}))。
描述平衡态下粒子速度的概率分布:
$$ f(v) = 4pi left( frac{m}{2pi k_B T} right)^{3/2} v e^{-frac{mv}{2k_B T}} $$
其中峰值對應最概然速率,分布寬度隨溫度升高而增大。
每個自由度平均能量為(frac{1}{2}k_B T),單原子分子(3個平動自由度)内能(U = frac{3}{2}Nk_B T),直接推導理想氣體狀态方程(PV = Nk_B T)。
氣體動力論奠定了現代熱力學與統計物理的基礎,其模型被拓展至等離子體物理、半導體載流子輸運等領域。在工程中指導氣體傳感器設計、真空技術優化及航空航天器熱控制系統開發。
參考文獻
氣體動力論是研究氣體宏觀運動規律及其微觀分子動力學機制的學科,結合了流體力學與統計物理的理論框架。以下從多個維度進行解釋:
氣體動力論以氣體為研究對象,主要分析其在外力作用下的流動、擴散、傳熱、傳質等過程,同時探讨氣體與固體界面的相互作用。微觀層面,它通過分子運動解釋氣體宏觀性質,例如壓力源于分子對容器壁的碰撞。
如需更深入的理論推導(如理想氣體方程或分子動量計算),可參考、6的數學模型分析。
【别人正在浏覽】