기체 분자 운동론(kinetic theory of gas, 氣體分子運動論 )

[요약] 기체 분자의 운동에서 출발하여 기체의 성질을 논하는 이론이다.

기체 분자의 운동에서 출발하여 기체의 성질을 논하는 이론. 기체상태에서는 분자 사이의 거리가 멀고 운동에너지가 크기 때문에 분자들이 빠르고 자유롭게 운동한다. 이러한 기체의 법칙을 설명하기 위해 이상기체를 가정하고 있다.

① 기체 분자는 질량은 존재하지만, 부피는 존재하지 않는다.
② 기체 분자는 서로 간에 힘을 주고받지 않는다.
③ 기체 분자가 일으키는 모든 충돌은 완전 탄성 충돌이다.
④ 기체는 아무리 온도를 낮추거나 압력을 가해도 절대로 액화 또는 응고되지 않는다.
⑤ 기체 분자의 평균 분자 운동 에너지는 절대 온도에만 비례하며, 분자의 크기, 모양 및 종류에는 영향을 받지 않는다.
⑥ 기체 분자는 무질서한 방향으로 계속적으로 움직인다.

이 이론은 D. 베루누이에 의해 시작되었으며 A. 크뢰니히, R. J. E. 클라우시우스를 거쳐 C. 맥스웰, L. 볼츠만 등에 의해 발전된다. 가장 간단하게는 분자를 강체구로 보고 벽과의 충돌에 의해 생기는 충격력의 평균값이 압력을 준다고 봄으로써 이상기체의 법칙이 유도되었다.또 어떤 평균자유행로로 분자상호 충돌이 일어나므로 물질·운동량 및 에너지의 이송이 일어난다고 봄으로써 확산·점성 및 열전도 현상이 설명되었다. 조금 더 정밀하게는 1체 분포함수(one-particle distribution function)의 시간적변동을 정하는 볼츠만방정식을 이용한다. 이에 입각하여 볼츠만은 H정리를 증명하고 맥스웰-볼츠만분포를 유도하여 일반적인 통계역학으로의 길을 열었다. 분포함수가 맥스웰의 속도분포법칙에서 약간 빗나가 있을 때 볼츠만방정식을 푸는 수학적 방법은 D. 힐버트, D. 엔스코그 및 S. 채프만 등에 의해 발전됨으로써 확산·점성·열전도 등의 이송계수(kinetic coefficient, transport coefficient)의 실험값과 비교하여 분자간 힘에 관한 지식을 얻을 수 있게 되었다. 금속의 전자론이나 기체의 방전현상에도 응용된다. N. N. 보골류보프 등은 BBGKY 방정식을 써서 분자적 혼란상태의 가정에 의하지 않고 볼츠만방정식의 확장을 유도하여 근대적 운동론으로의 방향을 제시했다.

기체분자운동론1 기체분자운동론2