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分子ぶんし运动论

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理想りそう原子げんし分子ぶんし气体てき温度おんど分子ぶんしてき平均へいきん动能まとりょう

分子ぶんし运动论英語えいごkinetic theory of gasesまたたたえ气体动力论描述气体为大りょう做永とまいきてきずいつくえ运动てき粒子りゅうし原子げんしある分子ぶんし物理ぶつりがくじょう一般いっぱん区分くぶんしょうさく分子ぶんし)。快速かいそく运动てき分子ぶんし不断ふだん碰撞其他分子ぶんしある容器ようきてきかべ分子ぶんし运动论就どおり分子ぶんしてき成分せいぶん运动らいかい释气たいてきひろし观性质,如压强温度おんどからだひとし分子ぶんしうん动理论认为,压强うし猜想てき样,らい自分じぶん间的せい排斥はいせき,而是以不どう速度そくど热运动てき分子ぶんし间的碰撞。

分子ぶんしてきからだ积很しょう不能ふのう直接ちょくせつ观察。显微镜下花粉かふんほとばしきれ微粒びりゅう做的无规则运动——ぬのろう运动分子ぶんし碰撞てき直接ちょくせつ结果,以作为分子ぶんし存在そんざいてき间接证据。

论假设

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理想りそう气体动理论建立こんりゅうざい如下かり设之じょう

  • 气体よし大量たいりょう微小びしょう粒子りゅうし组成,这些微小びしょう粒子りゅうししょう为分分子ぶんし间的距离远大于自身じしんてき大小だいしょう
  • 所有しょゆう分子ぶんし具有ぐゆうしょうどうてき质量。
  • 分子ぶんし数量すうりょう巨大きょだい以进ぎょう统计处理。
  • 分子ぶんし做着いきてき快速かいそくてきずいつくえ运动。
  • 分子ぶんし不断ふだん彼此ひし碰撞,あるあずか容器ようきかべ进行碰撞,这些碰撞弹性碰撞。
  • じょりょう碰撞そと分子ぶんし间的相互そうご作用さよう以忽りゃく
  • 气体分子ぶんし平均へいきん动能ただ赖于けい统温
  • 分子ぶんしあずか容器ようきかべてき碰撞时间远远しょう于两碰撞间隔时间。
  • 分子ぶんし具有ぐゆう质量,かい受到万有引力ばんゆういんりょくてきかげ响。

分子ぶんし动力がくてき代理だいり建立こんりゅうざいなみ尔兹曼方ほどてきもと础之じょう,对以じょうかり设有しょ宽,并将分子ぶんしたい积考虑进いん此可以精确描じゅつ稠密ちゅうみつ气体。分子ぶんし动力がくてき代理だいり论仍しかようこう虑的かり设有,分子ぶんし混沌こんとんえいMolecular chaosせいかり设,ゆるがせりゃく量子りょうしこう应。如果气体稠密ちゅうみつ本体ほんたいせい质只ゆうしょうてきはしご以应よう维里てんてき方法ほうほう研究けんきゅう,这方面ほうめんてき论参见查ひろし曼和おん斯克かくてき专著。[1] 对于稀薄きはく气体,本体ほんたいせい质的はしごあずか分子ぶんしてき平均へいきん自由じゆうほどそう较,这种じょう况叫かつつとむもり以对かつつとむもりすうてん开来研究けんきゅう

发展歷史れきし

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流体りゅうたい力学りきがくふうめん

ひと类早ざいおおやけもとまえ5せい纪就开始思考しこうぶつ质的结构问题。古希こき时期著名ちょめいてきほおもと唯物ゆいぶつぬし义哲がくとく谟克とく提出ていしゅつもの质是よし不可分ふかぶんてき原子げんし构成てき。这种思想しそうざいすう个世纪都深刻しんこくてきかげ响着じん们的世界せかい观。17せい科學かがく革命かくめい以来いらい自然しぜん科学かがくいたりょう突飞もう进的进步,とく别是热力がくてき突破とっぱせい发展,使つかいじん们重しん思考しこうぶつ质的结构问题。かわほこりなんじ·とぎくわ罗伯とく·えびすかつはくつとむとう科学かがくてき研究けんきゅう表明ひょうめいもの质的液体えきたい固体こたい气体三种状态的转变是因为分子之间作用的结果,とく别是气体てき压力げん于气たい分子ぶんしあずかうつわかべ碰撞,从而导出りょう玻意みみ-马略特定とくていりつ

1738ねんたん尔·はくつとむ发表著作ちょさく流体りゅうたい力学りきがく》,为气たい动力论的もと础。ざい这一著作ちょさくちゅうはくつとむ提出ていしゅつ,气体よし大量たいりょうこうかく方向ほうこう运动てき分子ぶんし组成てき分子ぶんし对表めんてき碰撞就是气压てき成因せいいん,热就分子ぶんし运动てき动能。ただしはくつとむてき观点并没ゆうだてそく接受せつじゅ部分ぶぶん原因げんいんのうりょう守恒もりつね定律ていりつとう时还ぼつゆう建立こんりゅう分子ぶんし间为弹性碰撞也不么显而易见。1744ねん罗蒙诺索おっとだい一次明确提出热现象是分子无规则运动的表现,并把機械きかいのう守恆もりつね定律ていりつ应用いたりょう分子ぶんし运动てき热现ぞうちゅう。1856ねんおく斯特·かつ罗尼かく提出ていしゅつりょう一个简单的气体动力论,ただこう虑了分子ぶんしてきひら动。[2] 1857ねんかつ劳修斯提出ていしゅつ一个更复杂的气体动力论,じょりょう分子ぶんしてきひら动,还考虑了分子ぶんしてき转动动。还引にゅうりょう平均へいきん自由じゆうほどてき概念がいねん[3]1859ねんむぎかつ斯韦ざいかつ劳修斯工作こうさくてきもと础上,提出ていしゅつりょう分子ぶんしむぎかつ斯韦速度そくど分布ぶんぷりつ。这是物理ぶつりがく史上しじょうだい一个统计定律。[4] 1871ねん玻尔兹曼推广りょうむぎかつ斯韦てき工作こうさく提出ていしゅつりょうむぎかつ斯韦–玻尔兹曼分布ぶんぷ[5]:36-37

ちょくいた20せい纪初,很多物理ぶつりがく仍然认为原子げんしただ假想かそう,并非实在てきちょくいた1905ねん爱因斯坦[6]1906ねん马利やす·斯莫鲁霍おっと斯基えいMarian Smoluchowski[7]关于ぬのろう运动てき论文发表きさき物理ぶつりがくざい弃此そうほう们的论文给出りょう分子ぶんし动力论的じゅん确预ごと

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分子ぶんし运动论使ひとせい确认识到りょうものてき结构组成运动てき一般いっぱん规律,成功せいこうかい释了诸如ぬのろう运动とう现象,并成为物理ぶつりがくちゅう其他论,甚至很多其他学科がっかてき论基础。

せい

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压强动能

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ざい氣體きたい動力どうりょくろんちゅう壓力あつりょく氣體きたいたいぼう平面へいめん撞擊しょ造成ぞうせいてきりょく解釋かいしゃく假設かせついちあたりちょうため てきせい立方體りっぽうたいいち顆質りょうため てき粒子りゅうし以速りつ ざい完全かんぜん彈性だんせい碰撞てき情況じょうきょう,沿 X じく撞擊其中いちめんてきどうりょう變化へんかため

粒子りゅうしごとへだた 便びん撞擊該面いちいん此該めんしょ受到てき力量りきりょうため

ざいいち共有きょうゆう n しょうどう粒子りゅうしてき狀況じょうきょう,該面しょ受到てき總力そうりょくため

定義ていぎ

ようしょうどうてき方式ほうしき也可以得いた

いんため大量たいりょう氣體きたい粒子りゅうしてき運動うんどう以視ため規則きそくてき運動うんどういん此大りょう氣體きたい粒子りゅうしむこうごと一方向的速率分布情形皆相同,所以ゆえん

まいめんしょ受到てきあつきょうため

ほうひとし表示ひょうじ其中てき またとく

这是分子ぶんし动理论的だい一个非平庸的结果,它把ひろし观量压强あずかほろ观量粒子りゅうしてき平均へいきん动能联系おこりらい

温度おんどあずかどうのう

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根據こんきょ理想りそう氣體きたい方程式ほうていしきためなみ茲曼常數じょうすうため絕對溫度ぜったいおんど粒子りゅうしすうN=n):

于是とく单个分子ぶんしてき动能为:

系統けいとうてきそう动能表示ひょうじため

这是分子ぶんし动理论中てきいち个重よう结果:分子ぶんしてき平均へいきん动能せい于体けいてき绝对温度おんど

いん此,压强あずか尔体积之积与分子ぶんし平均へいきんひら动动能成よしなりせい。 对于ゆかり个单原子げんし分子ぶんし组成てき气体体系たいけい自由じゆう总数为いん此每个自由じゆうてき动能

まい自由じゆうてき动能せい温度おんど比例ひれいけいすうなみ尔兹曼常すうてき一半いっぱん,这个结果さけべのうりょう均分きんぶん定理ていり

对容てき碰撞

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对于理想りそう气体,以推导出n[8] 单位时间ない分子ぶんし对容单位めん积的碰撞次数じすう

ほうひとしそくりつ

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所有しょゆう分子ぶんしそくりつ平方へいほうてき平均へいきん值的平方根へいほうこん

其中 ためまい/びょう (m/s),R理想りそう氣體きたい常數じょうすう,M ため莫耳質量しつりょうせんかつ/莫耳 (kg/mol))。其中さいゆう可能かのうてき速度そくどためひとしかたそくりつてき81.6%,而平均へいきん速度そくどためひとしかたそくりつてき92.1%。(むぎかつ斯韦-玻尔兹曼分布ぶんぷ

まいり

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参考さんこう资料

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  1. ^ Sydney Chapman and T.G. Cowling (1970). The Mathematical Theory of Non-uniform Gases: An Account of the Kinetic Theory of Viscosity, Thermal Conduction and Diffusion in Gases, third edition (Cambridge University Press).
  2. ^ Krönig, A., Grundzüge einer Theorie der Gase, Annalen der Physik, 1856, 99 (10): 315–322 [2013-04-19], Bibcode:1856AnP...175..315K, doi:10.1002/andp.18561751008, (原始げんし内容ないようそん于2020-10-01) 
  3. ^ Clausius, R., Ueber die Art der Bewegung, welche wir Wärme nennen, Annalen der Physik, 1857, 176 (3): 353–379 [2013-04-19], Bibcode:1857AnP...176..353C, doi:10.1002/andp.18571760302, (原始げんし内容ないようそん于2020-10-31) 
  4. ^ Mahon, Basil, The Man Who Changed Everything – the Life of James Clerk Maxwell, Hoboken, NJ: Wiley, 2003, ISBN 0-470-86171-1 
  5. ^ L.I Ponomarev; I.V Kurchatov. The Quantum Dice. CRC Press. 1 January 1993. ISBN 978-0-7503-0251-7. 
  6. ^ Einstein, A., Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen (PDF), Annalen der Physik, 1905, 17 (8): 549–560 [2013-04-19], Bibcode:1905AnP...322..549E, doi:10.1002/andp.19053220806, (原始げんし内容ないよう (PDF)そん档于2005-04-10) 
  7. ^ Smoluchowski, M., Zur kinetischen Theorie der Brownschen Molekularbewegung und der Suspensionen, Annalen der Physik, 1906, 21 (14): 756–780 [2013-04-19], Bibcode:1906AnP...326..756V, doi:10.1002/andp.19063261405, (原始げんし内容ないようそん于2019-06-08) 
  8. ^ Collisions With a Surface. [2013-04-17]. (原始げんし内容ないようそん档于2008-05-28).