氣體動理論與理想氣體

氣體動理論

這套理論從「氣體是無數個不停做隨機運動、永遠在與器壁及彼此碰撞的微小分子」這個圖像出發,來解釋氣體的巨觀行為,也就是壓力與溫度。它把巨觀的氣體定律變成一齣分子撞球的故事。

精確地說,它由分子撞牆時傳遞的動量推出壓力:P = (1/3)(N/V) m <v^2>,其中體積 V 內有 N 個質量為 m 的分子,<v^2> 是均方速率。把它與 P V = N k_B T 相比,得到 (1/2) m <v^2> = (3/2) k_B T,所以溫度不是別的,正是分子的平均平移動能。

這是最關鍵、也最誠實的洞見:溫度不是某種儲存在氣體裡的「熱的物質」,而是分子平均動能的度量。此推導假設氣體稀薄且行為理想,正是理想氣體定律成立的條件。

無數次分子撞擊傳給器壁的動量,在整個表面上累加起來,正好就是我們量到的壓力。

由分子碰撞推導出壓力與溫度。

把溫度等同於平均動能,對理想氣體的平移運動是精確成立的;至於儲存在轉動與振動裡的能量,則要靠能量均分定理來計入。

又稱
kinetic-molecular theory氣體動力論