基本的MKT方程和温度测量

在统计系统中发生的过程的研究由最小粒径和大量的颗粒复杂化。 实际上不可能分别考虑每个粒子，因此引入统计值：粒子的 平均速度 ，它们的浓度，粒子的质量。 表征具有微观参数的系统状态的公式称为气体分子动力学理论（MKT）的基本方程。

一点关于颗粒的平均速度

粒子速度的测定首先在实验中进行。 从奥托·斯特恩（Otto Stern）进行的学校计划经验可以看出，他们创造出了粒子速度的想法。 在实验过程中，研究了旋转圆筒中银原子的运动：首先，在安装的静止状态下，当其以一定的角速度旋转时。

结果发现银分子的速度超过声速的值，为500m / s。 事实是非常有趣的，因为很难感觉到一个人物质中颗粒的速度。

完美的气体

继续研究只能在系统中进行研究，该系统的参数可以通过使用 物理仪器的 直接测量来确定 。 速度是用速度计测量的，但将速度计连接到单个颗粒的想法是荒谬的。 可以直接测量与粒子运动相关的宏观参数。

让我们考虑天然气的压力。 通过吹入容器中的气体分子来产生容器壁上的压力。 物质的气态特性在颗粒之间足够大的距离和它们彼此之间的小的相互作用。 这允许您直接测量其压力。

相互作用体的任何系统的特征在于潜在的能量和动能的动能。 真气是一个复杂的系统。 势能波动不能系统化。 这个问题可以通过引入一个携带气体特性的模型来消除交互的复杂性来解决。

理想的气体是一种物质的状态，其中颗粒的相互作用可忽略不计，相互作用的势能趋于零。 相当重要的只有运动的能量，这取决于粒子的速度。

理想的气体压力

为了确定气体压力与其颗粒的速度之间的关系，理想气体的MKT的基本方程允许。 在与船只碰撞时，在船上移动的颗粒向其发送一个脉冲，其大小可以基于牛顿第二定律来确定：

• FΔt= 2m ₀ v _x

弹性冲击中的粒子的动量变化与其速度的水平分量的变化相关。 F是短时间t作用在壁上颗粒侧面的力; M ₀ 是粒子的质量。

在表面积S为时间Δt的情况下，以速度v _x并位于体积Sv xΔt的气缸中的表面方向移动的所有气体粒子碰撞。 在n的粒子浓度下，正好一半的分子移动到壁上，另一半在相反的方向移动。

在考虑了所有粒子的碰撞后，我们可以写出牛顿法对作用于现场的力：

• FΔt= nm ₀ v _x 2SΔt

由于气体压力被定义为垂直于表面的力与后者的面积的比值，我们可以写出：

• P = F：S = nm ₀ v _x ²

作为基本MKT方程的结果关系不能描述整个系统，因为只考虑一个方向的运动。

麦克斯韦分布

气体颗粒与墙壁之间的不断频繁碰撞导致在速度（能量）方面建立了颗粒的某种统计分布。 所有速度矢量的方向都是同样可能的。 这种分布被称为麦克斯韦分布。 在1860年，这种模式是由麦克斯韦在MKT的基础上推导出来的。 分布规律的主要参数是速度：可能，对应于曲线的最大值，rms v _square =√2 >是粒子速度的均方根。

气体温度的升高对应于速度值的增加。

从所有速度相等并且其模块具有相同值的事实来看，我们可以假定：

• 2 > = x ² > + y ² > + z ² >，其中：x ² > = 2 >：3

考虑到气压平均值的基本MKT方程式具有以下形式：

• P = nm ₀ 2 >：3。

这种关系是独特的，因为它决定了微观参数之间的关系：速度，颗粒质量，颗粒浓度和气体压力作为一个整体。

使用粒子动能的概念，MKT的基本方程可以用不同的方式重写：

• P = 2nm ₀ v2：6 = 2n k >：3

气体压力与其颗粒的动能的平均值成比例。

温度

有趣的是，对于密闭容器中的不 变量 的气体，可以将气体压力和颗粒运动 的 能量的 平均值 相关联。 可以通过测量颗粒的能量来测量压力。

我该怎么办？ 什么价值可以与动能比较？ 这个值就是温度。

温度是物质热状态的量度。 为了测量它，使用温度计，基于工作流体（酒精，水银）的 热膨胀 加热。 温度计的规模由实验产生。 通常将标记放置在其上，对应于在一定物理过程下的工作体的位置，发生不变的热状态（沸水，融冰）。 不同的温度计有不同的尺度。 例如，摄氏度，华氏度。

通用温度范围

从独立于工作流体性质的观点来看，更有趣的是可以认为是气体温度计。 它们的尺度不取决于所用气体的种类。 在这种仪器中，我们可以假设地识别气体压力趋于零的温度。 计算表明该值对应于-273.15℃。温度标度（绝对温度标度或开尔文刻度）于1848年引入。 将该刻度的要点作为零气体压力的可能温度。 单位刻度段等于摄氏尺度的单位值。 在研究气体过程时，使用温度写下基本的MKT方程更为方便。

压力 - 温度关系

实验上，可以验证气体压力与其温度的比例。 同时，发现压力与颗粒的浓度成正比：

• P = nkT，

其中T是绝对温度，k是等于1.38•10 ^-23 J / K的常数值。

对于所有气体具有恒定值的基本值称为玻尔兹曼常数。

比较 压力对温度 的 依赖性 和MKT气体的基本方程，我们可以写：

• k > = 3kT：2

气体分子运动动能的平均值与其温度成比例。 也就是说，温度可以作为粒子运动的动能的量度。