氣體動理論的發(fā)展歷史

　　氣體動理論（氣體分子運動論）是早期的統(tǒng)計理論。它揭示了氣體的壓強、溫度、內能等宏觀量的微觀本質，并給出了它們與相應的微觀量平均值之間的關系。平均自由程公式的推導，氣體分子速率或速度分布律的建立，能量均分定理的給出，以及有關數據的得出，使人們對平衡態(tài)下理想氣體分子的熱運動、碰撞、能量分配等等有了清晰的物理圖像和定量的了解，同時也顯示了概率、統(tǒng)計分布等對統(tǒng)計理論的特殊重要性。

　　分子運動論

　　舊稱分子運動論.[1]從物質的微觀結構出發(fā)闡明熱現象規(guī)律的理論.它的基本思想：宏觀物質由巨大數量的不連續(xù)的微小粒子（即分子或原子）組成，分子之間存在一定間隙，它們總是處于熱運動之中.分子之間還存在相互作用（吸引和排斥），稱為分子力.分子力使分子聚集在一起，在空間形成某種規(guī)則分布（通常叫做有序排列）；熱運動的無規(guī)性破壞這種有序排列，使分子四散.正是這兩方面的共同作用，決定了物質的各種熱學性質，例如物質呈現出固、液、氣三態(tài)及相互轉化.氣體動理論闡明了氣體的物理性質和變化規(guī)律.它把系統(tǒng)的宏觀性質歸結為分子的熱運動及它們間的相互作用，因此能深刻地洞察宏觀現象的本質.它不研究單個分子的運動，只關心大量分子集體運動所決定的微觀狀態(tài)的平均結果.實驗測量值就是平均值.例如，容器中作用于器壁的宏觀壓強，是大量氣體分子與器壁頻繁碰撞的平均結果.理論上，氣體動理論以經典力學和統(tǒng)計方法為基礎，對熱運動及相互作用做適當的簡化假設，給出分子模型和碰撞機制，借助概率理論處理大量分子的集體行為，求出表征集體運動的統(tǒng)計平均值.計算結果與實驗測量值的偏差，作為修改模型的依據，從而形成自身的理論體系.這就是氣體動理論的研究方法.它不僅可以研究氣體的平衡態(tài)，而且可以研究氣體由非平衡態(tài)向平衡態(tài)的轉變，解釋輸運現象的本質，導出輸運過程遵守的宏觀規(guī)律.氣體動理論是吉布斯統(tǒng)計力學出現之前的關于物質熱運動的微觀理論，后來成為統(tǒng)計力學的一部分，并促進了它的發(fā)展.

　　發(fā)展

　　17世紀

　�。保叮担改�，伽桑迪提出物質是由分子構成的假說.假想分子是硬粒子，能向各個方向運動，并進一步解釋物質的固、液、氣三態(tài)的轉變.１６７８年，胡克提出同樣主張，并認識到，氣體的壓力是氣體分子與器壁碰撞的結果.

　　18世紀

　　１７３８年，伯努利發(fā)展上述思想，從氣體分子與器壁碰撞的觀念出發(fā)，導出了玻意耳定律.１７４—１７４８年間，羅蒙諾索夫（俄）提出，分子與原子不同，一個分子可以含有數個原子；明確指出熱是分子運動的表現，氣體分子運動是無規(guī)則的；還肯定了運動守恒原理在分子運動中的正確性.此后一個世紀，氣體動理論才又獲得飛躍發(fā)展.

　　19世紀

　　１８５７年，克勞修斯（德）第一次清楚地說明統(tǒng)計概念，導出了氣體壓力、體積和溫度間的正確關系，還于１８５８年引入分子運動自由程概念.１８５９年，麥克斯韋導出了速度分布律，建立了輸運過程的數學理論.１８６８年，玻耳茲曼在速度分布律中引入重力場.后來的分子束實驗證明，這兩個分布律都是正確的.１８７２年，他又給出氣體動理論的基本方程——玻耳茲曼積分微分方程.至此，氣體動理論就發(fā)展成一門系統(tǒng)的理論.對于布朗運動的研究在氣體動理論建立的過程中起過重要作用.１８２７年，布朗觀察到懸浮在水中的花粉等物質微粒的無規(guī)則運動.１８７７年，德耳索指出，微粒的不規(guī)則運動是液體分子對它的不平衡碰撞引起的.

　　20世紀

　�。保梗埃的昙吧院�，愛因斯坦、斯莫盧霍夫斯基和朗之萬分別發(fā)表了他們關于布朗運動的理論.１９０８年，佩蘭的系統(tǒng)實驗觀察，證實了上述理論的正確性.布朗運動的研究表明，分子永遠處于無規(guī)則的運動中，而且存在漲落.這對氣體動理論是個有力的支持.

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