麦克斯韦速率分布函数中f和f×△v的区别

如题所述

1.速率分布函数f(v): 一个描述分子运动速率分布状态的函数

分布函数f(v)的物理意义是:速率在 v 附近,单位速率区间的分子数占总分子数的比率.

设速率在 v 到Δv的分子数为ΔN,总分子数为N

2.为什么引入速率分布函数

人们研究分子运动,总想每个分子的速率,及其变化规律,想知道速率为v的分子的数目。

因为分子永不停息的做无规则的热运动,任何单个粒子的速度都因与其它粒子的碰撞而不断变化。想研究某个具体分子的速率及其变化规律就不太现实。

但对于大量粒子来说,如果系统处于或接近处于平衡,处于一个特定的速度范围的粒子所占的比例却几乎不变。麦克斯韦-玻尔兹曼分布具体说明了这个比例。

3.麦克斯韦-玻尔兹曼分布

大量分子的系统处于平衡态时,可以得到速率分布函数的具体形式:

式中T是热力学温度,m为分子质量,k为玻尔兹曼常数。上式就是麦克斯韦速率分布律。
麦克斯韦速率分布是大量分子处于平衡态时的统计分布,也是它的最概然分布。大量分子的集合从任意非平衡态趋于平衡态,其分子速率分布则趋于麦克斯韦速率分布,其根源在于分子间的频繁碰撞。

4.根据麦克斯韦速率分布速率,求最概然速率、平均速率、方根速率

(1)最概然速率

(2)平均速率

(3)方根速率

下面是平均速率,方根速率计算最后一步积分的推算过程

平均速率

方根速率

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