Кинети́ческая тео́рия га́зов - объясняет неравновесные свойства газов (явления переноса энергии, массы, импульса) на основе законов движения и взаимодействия молекул.
* * *
КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ - КИНЕТИ́ЧЕСКАЯ ТЕО́РИЯ ГА́ЗОВ, раздел физики, изучающий свойства газов методами статистической физики (см. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА) на основе представлений об их молекулярном строении и определенном законе взаимодействия между молекулами. К кинетической теории газов обычно относят теорию неравновесных свойств газов, а теория равновесных состояний относится к равновесной статистической механике. Область применения кинетической теории газов - собственно газы, газовые смеси и плазма (см. ПЛАЗМА), однако теория плазмы выделилась в самостоятельную область. Основы теории были заложены в работах Л. Больцмана (см. БОЛЬЦМАН Людвиг).
Кинетическая теория газов объясняет неравновесные свойства газов (явления переноса (см. ПЕРЕНОСА ЯВЛЕНИЯ) энергии, массы, импульса) на основе законов движения и взаимодействия молекул. Кинетическая теория газов была первым сформировавшимся разделом молекулярной физики (см. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА), и основана на предположении, что молекулы в газах находятся на расстояниях, значительно превышающих их размер. Тепловое движение молекул газов является равномерным и прямолинейным на длине свободного пробега, в несколько раз превышающей расстояние между молекулами и размер самих молекул. Молекулы в газах движутся почти свободно в промежутках между столкновениями, приводящими к резкому изменению их скоростей.
Так как силы взаимодействия между электрически нейтральными атомами являются очень короткодействующими (то есть очень быстро убывают с увеличением расстояния между частицами и на расстояниях в несколько молекулярных диаметров практически уже не сказываются), то взаимодействие молекул происходит лишь при их непосредственном сближении - при столкновениях. При столкновении с другой молекулой или со стенкой сосуда молекула меняет направление и скорость, как при столкновении бильярдных шаров, то есть по законам упругих тел. Время столкновения значительно меньше среднего времени пробега молекул газа между столкновениями, поэтому теория неравновесных процессов в газах значительно проще, чем в жидкостях или твердых телах. Взаимодействия между молекулами идеального газа (кроме редких столкновений) отсутствуют; его энергия зависит только от температуры.
Наблюдаемые физические характеристики газа представляют собой результат усредненного движения всех его молекул. Для вычисления этих характеристик нужно знать распределение молекул газа по скоростям и пространственным координатам, то есть знать функцию распределения f(v,r,t). Для газа, подчиняющегося классической механике, в состоянии статистического равновесия функция распределения f по скоростям представляет собой распределение Максвелла (см. МАКСВЕЛЛА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ)
f(v) =n(m/2pkT)3/2exp(-mv2/2kT), где m - масса молекулы, Т - абсолютная температура системы, k - постоянная Больцмана (см. БОЛЬЦМАНА ПОСТОЯННАЯ).
Применив статистический метод к равновесному состоянию идеального газа можно получить основное уравнение молекулярно-кинетической теории:
р = 1/3(nmo