气体动理论
基本介绍：
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.１６５８年，伽桑迪提出物质是由分子构成的假说.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.１６７８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.１７３８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.１７４—１７４８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.１８５７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、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.１８６８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.１９０５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.１９０８年，佩兰的系统实验观察，证实了上述理论的正确性.布朗运动的研究表明，分子永远处于无规则的运动中，而且存在涨落.这对气体动理论是个有力的支持.