气体动理论的发展

1、气体动理论的发展 气体动理论（气体分子运动论）是早期的统计理论。它 揭示了气体的压强、温度、内能等宏观量的微观本质，并给 出了它们与相应的微观量平均值之间的关系。平均自由程公 式的推导，气体分子速率或速度分布律的建立，能量均分定 理的给出，以及有关数据的得出，使人们对平衡态下理想气 体分子的热运动、碰撞、能量分配等等有了清晰的物理图像 和定量的了解，同时也显示了概率、统计分布等对统计理论 的特殊重要性。分子运动论旧称分子运动论 .1 从物质的微观结构出发阐明热现象规 律的理论 . 它的基本思想：宏观物质由巨大数量的不连续的 微小粒子（即分子或原子）组成，分子之间存在一定间隙， 它们总是处于热运

2、动之中 . 分子之间还存在相互作用（吸引 和排斥），称为分子力 . 分子力使分子聚集在一起，在空间形 成某种规则分布（通常叫做有序排列） ；热运动的无规性破 坏这种有序排列，使分子四散 . 正是这两方面的共同作用， 决定了物质的各种热学性质，例如物质呈现出固、液、气三 态及相互转化 . 气体动理论阐明了气体的物理性质和变化规 律. 它把系统的宏观性质归结为分子的热运动及它们间的相 互作用，因此能深刻地洞察宏观现象的本质 . 它不研究单个 分子的运动，只关心大量分子集体运动所决定的微观状态的 平均结果 .实验测量值就是平均值 . 例如，容器中作用于器壁 的宏观压强，是大量气体分子与器壁频繁碰撞的

3、平均结果 . 理论上，气体动理论以经典力学和统计方法为基础，对热运 动及相互作用做适当的简化假设，给出分子模型和碰撞机制， 借助概率理论处理大量分子的集体行为，求出表征集体运动 的统计平均值 . 计算结果与实验测量值的偏差，作为修改模 型的依据，从而形成自身的理论体系 . 这就是气体动理论的 研究方法 . 它不仅可以研究气体的平衡态，而且可以研究气 体由非平衡态向平衡态的转变，解释输运现象的本质，导出 输运过程遵守的宏观规律 . 气体动理论是吉布斯统计力学出 现之前的关于物质热运动的微观理论，后来成为统计力学的 一部分，并促进了它的发展 .发展17 世纪1658年，伽桑迪提出物质是由分子构成的

4、假说 假想分 子是硬粒子，能向各个方向运动，并进一步解释物质的固、 液、气三态的转变.1 6 7 8年，胡克提出同样主张，并认 识到，气体的压力是气体分子与器壁碰撞的结果 .18 世纪1 7 3 8年，伯努利发展上述思想，从气体分子与器壁碰撞 的观念出发，导出了玻意耳定律 .1 7 4 1 7 4 8年间， 罗蒙诺索夫（俄）提出，分子与原子不同，一个分子可以含 有数个原子；明确指出热是分子运动的表现，气体分子运动 是无规则的；还肯定了运动守恒原理在分子运动中的正确性 此后一个世纪，气体动理论才又获得飞跃发展 .19 世纪1 8 5 7年，克劳修斯（德）第一次清楚地说明统计概念， 导出了气体压力

5、、体积和温度间的正确关系，还于1858 年引入分子运动自由程概念.1859年，麦克斯韦导出了 速度分布律，建立了输运过程的数学理论.1 8 6 8年，玻耳兹曼在速度分布律中引入重力场 . 后来的分子束实验证明， 这两个分布律都是正确的.1872年，他又给出气体动理 论的基本方程玻耳兹曼积分微分方程 . 至此，气体动理 论就发展成一门系统的理论 . 对于布朗运动的研究在气体动 理论建立的过程中起过重要作用 . 1827年，布朗观察到 悬浮在水中的花粉等物质微粒的无规则运动 . 1877年， 德耳索指出，微粒的不规则运动是液体分子对它的不平衡碰 撞引起的 .20 世纪1 9 0 5年及稍后，爱因斯坦、斯莫卢霍夫斯基和朗之万分 别发表了他们关于布朗运动的理论 .1 9 0 8年，