氣體動理論的發展歷史

氣體動理論（氣體分子運動論）是早期的統計理論。它揭示了氣體的壓強、溫度、內能等宏觀量的微觀本質，並給出了它們與相應的微觀量平均值之間的關係。平均自由程公式的推導，氣體分子速率或速度分佈律的建立，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瞭解，同時也顯示了概率、統計分佈等對統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闡明熱現象規律的理論.它的基本思想：宏觀物質由巨大數量的不連續的微小粒子（即分子或原子）組成，分子之間存在一定間隙，它們總是處於熱運動之中.分子之間還存在相互作用（吸引和排斥），稱爲分子力.分子力使分子聚集在一起，在空間形成某種規則分佈（通常叫做有序排列）；熱運動的無規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、氣三態及相互轉化.氣體動理論闡明瞭氣體的物理性質和變化規律.它把系統的宏觀性質歸結爲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的平均結果.實驗測量值就是平均值.例如，容器中作用於器壁的宏觀壓強，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計方法爲基礎，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，藉助概率理論處理大量分子的集體行爲，求出表徵集體運動的統計平均值.計算結果與實驗測量值的偏差，作爲修改模型的依據，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，而且可以研究氣體由非平衡態向平衡態的轉變，解釋輸運現象的本質，導出輸運過程遵守的宏觀規律.氣體動理論是吉布斯統計力學出現之前的關於物質熱運動的微觀理論，後來成爲統計力學的一部分，並促進了它的發展.

　　發展

　　17世紀

１６５８年，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，並進一步解釋物質的固、液、氣三態的轉變.１６７８年，胡克提出同樣主張，並認識到，氣體的壓力是氣體分子與器壁碰撞的結果.

　　18世紀

１７３８年，伯努利發展上述思想，從氣體分子與器壁碰撞的觀念出發，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則的；還肯定了運動守恆原理在分子運動中的正確性.此後一個世紀，氣體動理論才又獲得飛躍發展.

　　19世紀

１８５７年，克勞修斯（德）第一次清楚地說明統計概念，導出了氣體壓力、體積和溫度間的正確關係，還於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佈律，建立了輸運過程的數學理論.１８６８年，玻耳茲曼在速度分佈律中引入重力場.後來的分子束實驗證明，這兩個分佈律都是正確的.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，氣體動理論就發展成一門系統的理論.對於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則運動.１８７７年，德耳索指出，微粒的不規則運動是液體分子對它的不平衡碰撞引起的.

　　20世紀

１９０５年及稍後，愛因斯坦、斯莫盧霍夫斯基和朗之萬分別發表了他們關於布朗運動的理論.１９０８年，佩蘭的系統實驗觀察，證實了上述理論的正確性.布朗運動的研究表明，分子永遠處於無規則的運動中，而且存在漲落.這對氣體動理論是個有力的支持.