气体与分子运动论

气体分子运动论

气球为什么会向外鼓?给它加温,它为什么会推得更猛?气体分子运动论用一幅生动的心象作答:气体是一群微小分子永不停歇的随机运动,它们沿直线飞行,直到相撞为止。我们对气体测量到的一切,不过是这场看不见的风暴的整体效应。

这套理论从几条简单假设出发,构筑起气体行为的全貌——分子相对于其间空隙极其微小,除短暂的弹性碰撞外彼此不施作用力,其运动是随机的。由此它推导出(而非仅仅假定):压强就是分子敲击器壁,而温度则是分子平均运动动能的直接量度。

它最大的胜利,在于把压强、体积、温度这个可见世界,与运动分子的隐秘世界连接起来,甚至从第一性原理推出理想气体状态方程。这套理论之所以重要,是因为它把热力学的量化为几乎可以看见的东西——它也是统计力学日后赖以建立的根基。

在一间静止的房间一角打开一瓶香水,几分钟后你在房间另一端便闻到香味——分子运动论把香气分子描绘成在空气中曲折穿行,在缓慢的随机旅途上被无数次碰撞推搡着。

香味穿过房间,揭示出分子永不停歇的随机运动。

一个关键洞见是:温度量度的是平均动能,而不仅仅是速率——在同一温度下,较轻的分子运动得更快,较重的更慢,从而使它们的平均动能相等。

又称
kinetic-molecular theory分子运动论氣體動力論