分子动理学理论
仪器信息网 · 2008-10-30 20:31 · 16470 次点击
分子动理学理论(kinetictheory)
热物理学微观理论的一个重要组成部分。
热物理学的微观理论是在分子动(理学)理论(简称分子动理论,按照国家有关规定,已将“分子运动论”、“分子动力论”等物理学名词统一改称为分子动理论)基础上发展起来的。早在1738年伯努利(D.Bernoulli)曾设想气体压强是由分子碰撞器壁而产生的。1744年俄罗斯科学家罗蒙诺索夫提出热是分子运动的表现,他把机械运动的守恒定律推广到分子运动的热现象中去。到了19世纪中叶,原子和分子学说逐渐取得实验支持,将哲学观念具体化发展为物理理论,热质说也日益被分子运动的观点所取代,在这一过程中统计物理学开始萌芽。1857年克劳修斯首先导出了气体压强公式。1859年麦克斯韦导出了速度分布律,由此可得到能量均分定理,以上就是分子动理论的平衡态理论。后来,玻尔兹曼提出了熵的统计解释以及H定理;1902年吉布斯(J.W.Gibbs)在其《统计力学的基本原理》之名著中,建立了平衡态统计物理体系,称为吉布斯统计(后来知道,这个体系不仅适于经典力学系统,甚至更自然地适用于服从量子力学规律的微观粒子,与此相适应建立起来的统计力学称为量子统计);此外还有非平衡态统计物理学。上述三方面的内容都是在分子动理论基础上发展起来的。
分子动理论方法的主要特点是:它考虑到分子与分子间、分子与器壁间频繁的碰撞,考虑到分子间有相互作用力,利用力学定律和概率论来讨论分子运动及分子碰撞的详情。它的最终及最高目标是描述气体由非平衡态转入平衡态的过程。而后者是热力学的不可逆过程。热力学对不可逆过程所能叙述的仅是孤立体系的熵的增加,而分子动理论则企图能进而叙述一个非平衡态气体的演变过程。诸如:①分子由容器上的小孔逸出所产生的泻流;②动量较高的分子越过某平面与动量较低的分子混合所产生的与黏性有关的分子运动过程;③动能较大的分子越过某平面,与动能较小的分子混合所产生的与热传导有关的过程;④一种分子越过某平面与其他种分子混合的扩散过程;⑤流体中悬浮的微粒受到从各方向来的分子的不均等冲击力,使微粒作杂乱无章的布朗运动;⑥两种或两种以上分子间以一定的时间变化率进行的化学结合,称为化学反应动力学。
从广义上来说,统计物理学是从对物质微观结构和相互作用的认识出发,采用概率统计的方法来说明或预言由大量粒子组成的宏观物体的物理性质。按这种观点,分子动理论也应归属于统计物理学的范畴。但统计物理学的狭义理解仅指玻尔兹曼统计与吉布斯统计,它们都是平衡态理论,至于分子动理论,则仍像历史发展中那样把它看做一个独立的分支理论。统计物理与分子动理论都可认为是一种基本理论,它们都作一些假设(例如微观模型的假设),其结论都应接受实验的检验,故其普遍性不如热力学。气体分子动理论在处理复杂的非平衡态系统时,都要加上一些近似假设。