气体与分子运动论
麦克斯韦—玻尔兹曼分布
假如你能把气体瞬间冻住,逐一读出每个分子的速率,你会发现它们并不齐整。少数爬行,少数飞奔,大多数则聚集在中等速率附近。麦克斯韦—玻尔兹曼分布,就是告诉你各个速率上分子占多大比例的那条曲线——它是单一均方根数字背后完整的统计画像。
画成图来,它从零起步,攀升到最概然速率处的一个隆起,再朝着极快的分子拖出一条长长的尾巴。当你给气体加热,整条曲线变平并向右滑移:典型速率升高、分布展宽,而曲线下的面积始终为一,因为每个分子总有某个速率。
这一分布的意义远不止于气体速率。它那条高能长尾解释了为何只有一小撮、且对温度极敏感的分子,才拥有足够能量去反应,这正是反应速率随温度陡然变化的根源。它是用统计方法处理物质、而非追踪每个粒子的最早胜利之一。
提高气体的温度,分布的隆起会右移并变平,而高速尾部膨胀——正是这同一种移动,在烧杯里让温度小小升高就能让反应速率大致翻倍。
加热使速率曲线右移,并让高能尾部变厚。
这条曲线以詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和路德维希·玻尔兹曼命名。它描述的是处于热平衡的经典理想气体中的速率分布;对于极冷或极稠密的系统,量子效应会对它加以修正。
又称
另见