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  • 1 # fjliudong

    在平衡狀態下,當分子的相互作用可以忽略時,分佈在任一速率區間v~v+△v間的分子數dN佔總分子數N的比率(或百分比)為dN / N .

    dN / N是v 的函式,在不同速率附近取相等的區間,此比率一般不相等.當速率區間足夠小時(宏觀小,微觀大),dN / N 還應與區間大小成正比:

    其中f(v)是氣體分子的速率分佈函式.分佈函式f(v)的物理意義是:速率在 v 附近,單位速率區間的分子數佔總分子數的比率.

    分佈函式f(v)滿足歸一化條件:

    大量分子的系統處於平衡態時,可以得到速率分佈函式的具體形式:

    式中T是熱力學溫度,m為分子質量,k為玻爾茲曼常數.上式就是麥克斯韋速率分佈律.

    麥克斯韋速率分佈是大量分子處於平衡態時的統計分佈,也是它的最概然分佈.大量分子的集合從任意非平衡態趨於平衡態,其分子速率分佈則趨於麥克斯韋速率分佈,其根源在於分子間的頻繁碰撞.

    上圖是麥克斯韋速率分佈函式f(v)示意圖,曲線下面寬度為 dv 的小窄條面積等於分佈在此速率區間內的分子數佔總分子數的比率dN/N .

    我們可以看到:同一種理想氣體在平衡狀態下,溫度升高時速率分佈曲線變寬、變平坦,但曲線下的總面積不變.隨著溫度的升高,速率較大的分子在分子總數中的比率增大.同一溫度下,分子質量m越小,曲線越寬越平坦,在分子總數中速率較大的分子所佔比率越高.

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