[C.1] マクスウェルの速度分布則と気体の温度
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容器に入った絶対温度 T の気体を考える.気体は N ∼ 1023 個という極めて多数の分子から
なる.これらの分子は容器の壁に衝突したり,他の分子と衝突して,そのつど速度を変えながら動きまわっている.
分子たちは,なんと1秒間に 1010 回も互いに衝突し合っている.
いま,下左図に示すように,速度のx, y, z 成分 u,v,w を座標とする
速度空間を考えると,1つの分子の速度ベクトルは原点からの矢印つき線分で表される.多数の分子の速度を
矢印の先端の点だけで表すと,下右図のようになる.ここではとても描くことはできないが,
これらの点は分子の個数 N ∼ 1023 だけあり,速度空間におけるそれらの点の分布が気体分子
の速度分布である.
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気体が温度 T で熱平衡状態にあるとき,分子の速度分布について,次のマクスウェル速度分布則が
成り立つ.
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[ B.4 ] で述べた「3つの場合の正規分布」では,酔歩のステップ数が 10,15,20 と増えるにつれて
分散が大きくなった.気体分子の速度分布では,これは温度 T が高くなることに対応している.
温度が高くなると,速度分布のグラフは,[ B.4 ] で示した正規分布のグラフの青,緑,赤線のグラフへ
変わっていく.
[ C.1 ] の終