气体分子动力学理论

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气体动力学理论是一种科学模型，解释气体物理行为为组成气体的分子粒子的运动。此模型中，气体亚微观粒子（原子或分子）不断随机运动，相互碰撞且与容器侧面碰撞。这种运动导致气体特性，如热量和压力。

动力学理论包含多种名称，如动力学理论、动力学模型或动力学分子模型，广泛应用于流体和气体。理论历史追溯至希腊哲学家卢克莱修，他支持原子论，尽管其在几个世纪后被亚里士多德非原子理论取代。动力学理论由丹尼尔·伯努利于1738年出版的《流体力学》中首次展示给欧洲观众，但当时能量守恒原理尚未建立，故其方法未广泛采用。随后一个世纪，动力学理论在科学家中得到更广泛采用，与原子理论增长趋势一致。

动力学理论关键证实之一为原子论普遍性，与布朗运动相关。布朗运动是悬浮在液体中的微小粒子随机左右晃动的现象。阿尔伯特·爱因斯坦在1905年的论文中，根据构成液体粒子的随机碰撞解释了布朗运动，此成果是他博士论文工作的成果，通过将统计方法应用于问题创建扩散公式。波兰物理学家玛丽安·斯莫卢霍夫斯基独立得出相似结果，1906年发表论文。这些动力学理论应用共同支持液体和气体由微小颗粒组成的观点。

动力学理论假设包括：分子被视为点粒子、分子数非常大、每个分子相同、分子处于恒定随机运动、粒子间的完全弹性碰撞与容器壁被视为完全刚性且无限大。这些假设导致容器内气体随机移动，粒子与容器侧面碰撞后以完美弹性反弹，垂直速度分量改变方向但保持相同大小。基于这些假设，推导出理想气体定律，将压力、体积和温度联系起来，公式为：pV = NkT。

气体常数值取决于压力、体积和温度单位，常见值如下：R = 0.0821 升·atm/mol·K、R = 8.3145 焦耳/摩尔·K、R = 8.2057 m3·atm/mol·K、R = 62.3637 L·Torr/mol·K 或 L·mmHg/mol·K。2019年重新定义SI基本单位后，气体常数精确值为8.31446261815324 J⋅K−1⋅mol−1。

特定气体常数或单个气体常数表示为R或Rgas，由通用气体常数除以特定气体或混合物的摩尔质量获得。此常数特定于气体或混合物，而通用气体常数与理想气体相同。美国政府在定义美国标准大气时使用R定义值，称为R*，使用于NASA、NOAA和USAF等机构。

来源包括威廉·詹森、德米特里·门捷列夫、迈克尔·莫兰等学者的研究和NASA、NOAA、USAF发布的美国标准大气定义。