[latexpage]Если рассматривать систему, которая будет состоять из большого количества молекул, то такая система называется макросистемой. Макросистема будучи предоставлена сама себе через длительный промежуток времени будет приходить в состояние равновесия. Такое состояние можно описать некоторыми параметрами, которые называются макропараметрами. То есть макропараметры — характеризуют состояние системы в целом. Однако и молекулы, из которых состоит система, также можно охарактеризовать некоторыми параметрами, они называются микропараметрами. То есть микропараметры характеризуют свойства молекул.
К макропараметрам относятся, например, масса образца, его объем, давление газа, температура и так далее. Вместе с тем, бессмысленно говорить о давлении одной молекулы или ее температуре, поэтому данный параметры не относятся к микропараметрам. Но, к микропараметрам можно отнести: массу молекулы, среднюю скорость движения молекулы, ее среднюю кинетическую энергию.
Основная задача молекулярно-кинетической теории состоит в том, чтобы установить связь между макроскопическими и микроскопическими параметрами и объяснить свойства вещества, исходя из представлений о движении и взаимодействии частиц вещества (атомов и молекул).
Для решения данной задачи вводится понятие идеального газа. Идеальным газом называется модель реального газа в которой пренебрегают потенциальной энергией взаимодействия молекул. В модели идеального газа молекулы представляют собой материальные точки,они не притягиваются или отталкиваются на расстояниях, но взаимодействуют при столкновениях друг с другом или со стенками сосуда. В обычной жизни идеальный газ не встречается. Но при определенных условия реальный газ может вести себя почти как идеальный. Это можно наблюдать наблюдать, если газ будет очень разряжен. При этом столкновение молекул газа со стенками сосуда создает давление газа на стенки сосуда.
Исходя из последнего предположения, немецкий физик Рудольф Клаузиус получил уравнение, которое называется основным уравнением молекулярно-кинетической теории идеального газа.
$p=\frac{1}{3}nm_0\overline{v^{2}}$.
Это уравнение и является решением основной задачи МКТ. Здесь к макропараметрам относятся давление газа, а к микропараметрам — концентрация молекул газа, масса молекулы и среднее значение квадрата скорости. Но на практике чаще всего скорость молекул характеризуют с помощью средней квадратичной скорости движения. Укажем в чем состоит различие между средней квадратичной скоростью и средним значением квадрата скорости. Среднее значение квадрата скорости определяется как среднее арифметическое квадратов скоростей всех молекул
$\overline{v^{2}}=\frac{v_{1}^{2}+v_{2}^{2}+…+v_{N}^{2}}{N}$.
Среднюю квадратичную же скорость можно определить как
$\bar{v}=\sqrt{\frac{v_{1}^{2}+v_{2}^{2}+…+v_{N}^{2}}{N}} =\sqrt{\overline{v^{2}}}$.
Возведя последнее равенство в квадрат, получим
$\bar{v}^2=\overline{v^{2}}$,
т.е. квадрат средней квадратичной скорости равен среднему значению квадрата скорости молекул. Поэтому основное уравнение МКТ можно переписать, используя среднюю квадратичную скорость движения молекул
$p=\frac{1}{3}nm_0\bar{v}^2$.
Перепишем последнее уравнение в несколько другом виде, связав давление газа с другим микропараметром — средней кинетической энергией теплового движения молекул
$p=\frac{1}{3}nm_0\bar{v}^2=\frac{1}{3}n\frac{m_0\bar{v}^2}{2}\cdot 2=\frac{2}{3}n\bar{E}$.
Это очень важное соотношение, которое пригодится нам в будущем.