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麦克斯韦分布描述 麦克斯韦速率分布律的研究意义?

麦克斯韦分布描述

麦克斯韦分布描述 麦克斯韦速率分布律的研究意义?

麦克斯韦速率分布律的研究意义?

麦克斯韦速率分布律的研究意义?

分子的平均动能与压强和体积是有关联的,,这两个公式沟通了宏观与微观的界域,对于其中的计算就需要用到麦克斯韦分布律。虽然对于平衡状态下的气体分子的速度大小和方向依然还是完全随机、无规则的,我们无法得知某个分子的具体速度,也无法得知在某一确定速度有多少的分子数有多少。但是从总体的统计来说,处于平衡态的气体还是有规律的。宏观量是微观量的统计平均,计算统计平均值的时候我们并不需要知道每个分子的速度,我们只需要知道分子速度分布规律就好了。且假设了分子各方向速度的独立性,我们只需要用速率来描述就好了,通过在不同坐标下表示的麦克斯韦速度分布律可以知道在球坐标下,会出现一个,所以用速率来表示就可以了,假设每一分子的动能为,则对于一系统中的分子的平均动能就可以用来表示。

玻尔兹曼分布定律?

麦克斯韦-玻尔兹曼分布(麦克斯韦-玻尔兹曼分布)

麦克斯韦-玻尔兹曼分布是一个描述一定温度下微观粒子运动速度的概率分布,在物理学和化学中有应用。最常见的应用是统计力学的领域。

任何(宏观)物理系统的温度都是组成该系统的分子和原子的运动的结果。这些粒子有一个不同速度的范围,而任何单个粒子的速度都因与其它粒子的碰撞而不断变化。

然而,对于大量粒子来说,处于一个特定的速度范围的粒子所占的比例却几乎不变,如果系统处于或接近处于平衡。

麦克斯韦速率分布律的实际意义是啥?

麦克斯韦速率分布律形成了分子运动论的基础,它解释了许多基本的气体性质,包括压强和扩散。麦克斯韦速率分布律通常指气体中分子的速率的分布,但它还可以指分子的速度、动量,以及动量的大小的分布,每一个都有不同的概率分布函数,而它们都是联系在一起的。

麦克斯韦速率分布律可以用统计力学来推导(参见麦克斯韦-玻尔兹曼统计)。

它对应于由大量不相互作用的粒子所组成、以碰撞为主的系统中最有可能的速率分布,其中量子效应可以忽略。由于气体中分子的相互作用一般都是相当小的,因此麦克斯韦速率分布律提供了气体状态的非常好的近似。

在许多情况下(例如非弹性碰撞),这些条件不适用。例如,在电离层和空间等离子体的物理学中,特别对电子而言,重组和碰撞激发(也就是辐射过程)是重要的。如果在这个情况下应用麦克斯韦速率分布律,就会得到错误的结果。

另外一个不适用麦克斯韦速率分布律的情况,就是当气体的量子热波长与粒子之间的距离相比不够小时,由于有显著的量子效应也不能使用麦克斯韦速率分布律。另外,由于它是基于非相对论的假设,因此麦克斯韦速率分布律不能做出分子的速度大于光速的概率为零的预言[4]。

还应当指出,麦克斯韦速率分布律只适用于处在平衡态的气体;对于处在非平衡态的气体,麦克斯韦速率分布律并不适用;对少量分子组成的系统,也不存在麦克斯韦速率分布律这样的统计规律。

尽管速率分布函数不能提供单个分子的详细信息,但它是非常有用的。借助它,我们可以计算出分子的平均速率及方均速率,从而计算出系统的宏观量,如温度或压强。

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