КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ГАЗОВ
раздел
теоретич. физики, исследующий статистич. методами свойства газов
на основе представлений о молекулярном строении газа и определённом законе
взаимодействия между его молекулами. Обычно под К. т. г. понимается теория
неравновесных процессов в газах, а теория равновесных состояний относится
к равновесной статистич. механике. Область применения К. т. г.- собственно
газы, газовые смеси и плазма. Основы К. т. г. были заложены во 2-й пол.
19 в. в работах Л. Болъцмана.
Газ представляет собой простейшую
по сравнению с жидкостью и твёрдым телом систему. Среднее расстояние между
молекулами газа много больше их размеров. Т. к. силы взаимодействия между
электрически нейтральными атомами или молекулами являются короткодействующими
(т. е. очень быстро убывают с увеличением расстояния между частицами и
на расстояниях в неск. молекулярных диаметров практически уже не сказываются),
то взаимодействие молекул происходит лишь при их непосредственном сближении
- при столкновениях. Время столкновения гораздо меньше времени свободного
пробега - времени между двумя последовательными столкновениями молекулы.
Вследствие этого большую часть времени молекулы газа движутся свободно.
В К. т. г. наблюдаемые макроскопич.
эффекты (давление, диффузия, теплопроводность и т. д.) рассматриваются
как средний результат действия всех молекул исследуемого газа. Для вычисления
этих средних Больцман ввёл функцию распределения f(c, r, t),
зависящую
от скоростей с и координат г молекул газа и времени t. Произведение
f(v,
r, t) Д"Дг даёт среднее число молекул со скоростями, лежащими в интервале
от v до v + Ди, и координатами в интервале от
г до
г + Дг. Функция распределения f подчиняется кинетическому
уравнению Больцман а. В этом ур-нии изменение f со временем рассматривается
как результат движения частиц, действия на них внеш. сил и парных столкновений
между частицами. Ур-ние Больцмана применимо лишь для достаточно разреженных
газов. В состоянии статистического равновесия при отсутствии внеш. сил
функция распределения зависит только от скоростей молекул и наз. Максвелла
распределением.
Осн. задача К. т. г.- определение
(из ур-ния Больцмана) вида функции распределения f, т. к.
знание f(v, r, t) позволяет рассчитать средние величины, характеризующие
состояние газа и процессы в нём, - среднюю скорость частиц, коэффициенты
диффузии, вязкости, теплопроводности и др. (см. Кинетика физическая).
Методы
решения кинетич. ур-ния Больцмана были разработаны англ, учёными С. Чепменом
и Д. Энскогом. Ур-ние Больцмана в частном случае отсутствия внеш. сил описывает
эволюцию системы к состоянию равновесия.
В ионизированных газах (плазме)
частицы
взаимодействуют друг с другом посредством кулоновских сил, медленно убывающих
с расстоянием. Для таких сил нельзя говорить о парных столкновениях, т.к.
друг с другом взаимодействует сразу большое число частиц. Но и в этом случае
можно получить кинетич. ур-ние (оно наз. ур-нием Ландау),
если учесть,
что в подавляющем числе случаев обмен импульсами (количеством движения)
при
столкновении частиц мал. Если столкновениями вообще можно пренебречь, то
существенную роль будут играть кулоновские силы, действующие на данную
частицу со стороны всех остальных частиц системы (т. н. приближение
самосогласованного
поля). В этом случае для плазмы справедливо кинетич. уравнение Власова
(см. Плазма). Наиболее последовательные и эффективные методы вывода
кинетич. ур-ний на основе динамики систем из большого числа частиц были
разработаны Н. Н. Боголюбовым.
Лит.: Болъцман Л.,
Лекции по теории газов, пер. с нем., М., 1953; Ч е п м е н С., Каулинг
Т., Математическая теория неоднородных газов, пер. с англ., М., 1960; Боголюбов
Н. Н., Проблемы динамической теории в статистической физике, М. -Л.,
1946; Силин В. П., Введение в кинетическую теорию газов, М., 1971; Коган
М. Н., Динамика разреженного газа, М., 1967; Некоторые вопросы кинетической
теории газов, пер. с англ., М., 1965; Климент ов и ч Ю. Л., Статистическая
теория неравновесных процессов в плазме, М., 1964; ЗоммерфельД А., Термодинамика
и статистическая физика, пер. с нем., М., 1955; Кикоин И. К., Кикоин А.
К., Молекулярная физика, М., 1963, гл. 1 и 2. Г. Я. Мякишев.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я