氣體與分子運動論

馬克士威—波茲曼分布

假如你能把氣體瞬間凍住,逐一讀出每個分子的速率,你會發現它們並不齊整。少數爬行,少數飛奔,大多數則聚集在中等速率附近。馬克士威—波茲曼分布,就是告訴你各個速率上分子佔多大比例的那條曲線——它是單一均方根數字背後完整的統計畫像。

畫成圖來,它從零起步,攀升到最概然速率處的一個隆起,再朝著極快的分子拖出一條長長的尾巴。當你給氣體加熱,整條曲線變平並向右滑移:典型速率升高、分布展寬,而曲線下的面積始終為一,因為每個分子總有某個速率。

這一分布的意義遠不止於氣體速率。它那條高能長尾解釋了為何只有一小撮、且對溫度極敏感的分子,才擁有足夠能量去反應,這正是反應速率隨溫度陡然變化的根源。它是用統計方法處理物質、而非追蹤每個粒子的最早勝利之一。

提高氣體的溫度,分布的隆起會右移並變平,而高速尾部膨脹——正是這同一種移動,在燒杯裡讓溫度小小升高就能讓反應速率大致翻倍。

加熱使速率曲線右移,並讓高能尾部變厚。

這條曲線以詹姆斯·克拉克·馬克士威和路德維希·波茲曼命名。它描述的是處於熱平衡的經典理想氣體中的速率分布;對於極冷或極稠密的系統,量子效應會對它加以修正。

又稱
speed distribution麦克斯韦速率分布馬克士威速率分布