Кинетическая теория газов основана на общих положениях классической статистической физики:

1) в системе частиц выполняются законы сохранения импульса, момента импульса, энергии и числа частиц;

2) все частицы системы считаются «мечеными», т.е. предполагается возможность отличать друг от друга тождественные частицы;

3) все физические процессы протекают в пространстве и во времени непрерывно;

4) каждая частица системы имеет совершенно произвольные значения координат и компонент скорости независимо от того, каковы эти характеристики у других частиц системы.

Идеальный газ можно рассматривать как совокупность беспорядочно движущихся молекул-шариков, имеющих пренебрежимо малый собственный объём и не взаимодействующих друг с другом на расстоянии. Молекулы непрерывно сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда, производя на них давление. Таким образом, давление – макроскопическое проявление теплового движения молекул газа.

Важнейшей задачей кинетической теории газов является вычисление давления идеального газа на основе молекулярно-кинетических представлений.

Основные положения молекулярно-кинетической теории таковы:

1. Все тела состоят из атомов или молекул.

2. Между атомами и молекулами идеального газа нет сил взаимодействия.

3. Атомы и молекулы находятся в вечном хаотическом движении. Это непрерывное хаотическое движение называется тепловым движением атомов и молекул. Интенсивность этого движения определяет температуру газа.

Исходя из основных положений молекулярно-кинетической теории, рассчитаем поток частиц, прошедших в единицу времени через площадку dS, если площадка ориентирована перпендикулярно направлению движения молекул (рис. 9.5).

Рис. 9.5

Пусть в объёме dV находится dN молекул, которые непрерывно и хаотично движутся. Будем считать, что все молекулы имеют одинаковую скорость \(\left\langle v \right\rangle \).

Для упрощения хаотичное движение молекул заменим движением по трем осям x, y, z.

Обозначим среднюю скорость в направлении оси x через \(\left\langle v_x \right\rangle \).

Число частиц в объёме dV можно определить, если известна концентрация частиц в единице объёма n: \({\rm{d}}N = n\left\langle {{v_x}} \right\rangle {\rm{d}}t{\rm{d}}S\). Так как движение молекул хаотичное, все направления движения равновероятны, то можно считать, что вдоль каждой из осей могут двигаться 1/3 всех молекул, находящихся в объёме. А, например, в положительном направлении оси x – только 1/6 часть молекул.

Тогда поток частиц, прошедших через площадку dS, перпендикулярную оси x, за время dt пройдет \({\rm{d}}N' = \frac{1}{6}{\rm{d}}N = \frac{1}{6}n\left\langle {{v_x}} \right\rangle {\rm{d}}t{\rm{d}}S\). Можно ввести понятие плотности потока частиц – число молекул, прошедших через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению движения молекул, за единицу времени:

\(j = \frac{{{\rm{d}}N'}}{{{\rm{d}}S \cdot {\rm{d}}t}} = \frac{1}{6}n\left\langle {{v_x}} \right\rangle \). (9.14)