氣體與分子運動論
氣體分子運動論
氣球為什麼會向外鼓?給它加溫,它為什麼會推得更猛?氣體分子運動論用一幅生動的心象作答:氣體是一群微小分子永不停歇的隨機運動,它們沿直線飛行,直到相撞為止。我們對氣體測量到的一切,不過是這場看不見的風暴的整體效應。
這套理論從幾條簡單假設出發,構築起氣體行為的全貌——分子相對於其間空隙極其微小,除短暫的彈性碰撞外彼此不施作用力,其運動是隨機的。由此它推導出(而非僅僅假定):壓強就是分子敲擊器壁,而溫度則是分子平均運動動能的直接量度。
它最大的勝利,在於把壓強、體積、溫度這個可見世界,與運動分子的隱祕世界連接起來,甚至從第一性原理推出理想氣體狀態方程。這套理論之所以重要,是因為它把熱力學的量化為幾乎可以看見的東西——它也是統計力學日後賴以建立的根基。
在一間靜止的房間一角打開一瓶香水,幾分鐘後你在房間另一端便聞到香味——分子運動論把香氣分子描繪成在空氣中曲折穿行,在緩慢的隨機旅途上被無數次碰撞推搡著。
香味穿過房間,揭示出分子永不停歇的隨機運動。
一個關鍵洞見是:溫度量度的是平均動能,而不僅僅是速率——在同一溫度下,較輕的分子運動得更快,較重的更慢,從而使它們的平均動能相等。
又稱
另見