Kinetikus gázelmélet

Előszó

Az anyag atomos szerkezete ma már kísérleti tény. Így tehát mindazokat a tárgyakat, amelyek a mindennapi életben körülvesznek bennünket, úgy kell elképzelnünk, mint megszámlálhatatlan sok apró részecske nyüzsgő halmazát. A makrofizikában - most elsősorban a hőtanra gondolunk - ezeken a tárgyakon különböző kísérleteket végzünk és ilyenkor mindig azt vizsgáljuk, hogy a test mint egész hogyan viselkedik. így például egy darab vasat különböző hőfokra hevítünk és megállapítjuk, hogy térfogata megváltozik. Vagy: megállapítjuk, hogy ha egy edénybe zárt gázt állandó hőmérséklet mellett kisebb térfogatra összenyomunk, annak nyomása növekszik. Még számtalan ilyen kísérletet sorolhatnánk fel, ahol mindenütt egy a testre, mint egészre jellemző adatot (a vas térfogata, a gáz nyomása) vizsgálunk egy másik, ugyanilyen jellegű mennyiség (a hőmérséklet, a térfogat) függvényében. Ezt másképen úgy mondhatjuk, hogy ilyenkor a makroszkópikus állapot-jelzők között állapítunk meg összefüggéseket.
Ha azonban tudjuk azt, hogy az anyag atomos szerkezetű és ismerjük az anyagot felépítő elemi részecskék sajátságait, rögtön felmerül az a kérdés, hogy egyrészt hogyan jön létre a sok elemi részecske összehatásából egy makroszkópikus állapotjelző, mint például a gáz nyomása, másrészt hogyan lehet megmagyarázni a különböző állapot-jelzők között a makroszkópikus méréseknél kiadódó összefüggéseket. Erre a kérdésre felel az anyag korpuszkuláris elmélete. Végeredményben tehát annak a demokritosi állításnak akarunk mérésekkel igazolható tartalmat adni, hogy a látható és tapintható világ sokfélesége csak az atomok mozgásából és különféle csoportosulásából adódik.
A klasszikus fizika szerint - és mi a következőkben ezen a megismerési szinten állunk -, az atomot vagy molekulát mechanikai rendszernek tekinthetjük. Ez alatt azt értjük, hogy viselkedését a mechanika törvényei írják le. Az egész test így egyetlen igen bonyolult mechanikai rendszert alkot.
A mechanika alapegyenletei módot nyújtanak arra, hogyha ismerjük egy meghatározott időpontban rendszerünkben az egyes részecskék helyzetét és sebességét, akkor tetszésszerinti későbbi időpontra ki tudjuk számítani minden egyes részecske minden tulajdonságát és így a test ezektől függő makroszkópikus állapot-jelzőit is. Ezzel tehát elvi lehetőséget találunk a felvetett kérdés megoldására. Később azonban látni fogjuk, hogy 1 cm3 normál állapotú gázban 2,7 . 10 a 19-diken molekula van. Rögtön látjuk, hogy ilyen " nagyszámú részecskéből álló rendszer esetén csak a kiindulási adatok felírásához évmilliókra volna szüksége egy embernek, az egyenletek megoldásáról nem is beszélve. Ezúton haladnunk tehát nyilvánvalóan nem lehet. Vissza