堂前燕
物理 · 高中 · 理想气体 · 统计力学 · 麦克斯韦分布

球形容器中的理想气体

让一群小球在球形容器里弹来弹去 —— PV=nRT 的微观本相。

压强 P0.00
温度 T0.00
体积 V0.00
PV/nT

状态方程的微观解释

PV=nRTPV = nRT

宏观上的”压强、温度、体积”是无数微观碰撞的统计平均:

  • 压强 P:单位时间粒子撞击器壁的动量冲量
  • 温度 T:粒子平均动能
  • 体积 V:球形容器 43πR3\frac{4}{3}\pi R^3

注意右上角的 PV/nT

按理想气体定律,PVnT\frac{PV}{nT} 应该是常数(玻尔兹曼常数)。在模拟中观察这个数值是否相对稳定 —— 不稳定的地方说明系统还没达到平衡态。

麦克斯韦速率分布

虽然你给所有粒子设定了一样的基础速率,但碰撞会让速率重新分布,最终趋向麦克斯韦-玻尔兹曼分布:中间快,两端慢,呈现特征性的拖尾曲线。