Kinetisk teori, fysisk teori for gassers og andre fortyndede partikelsystemers egenskaber. Den kinetiske teori blev grundlagt af R. Clausius, J.C. Maxwell og L. Boltzmann i sidste halvdel af 1800-t. De mest afgørende bidrag fra 1872 og 1896 skyldes Boltzmann, hvis metoder til en kvantitativ beskrivelse af gassers varmeledningsevne og viskositet har vist sig anvendelige i mange andre sammenhænge. Den kinetiske teori blev udviklet med henblik på at forstå fortyndede klassiske gassers opførsel, men den er i løbet af 1900-t. blevet anvendt på metaller, halvledere, superledere, plasmaer og andre partikelsystemer, der i en eller anden forstand kan betragtes som fortyndede.

I en fortyndet gas er afstanden mellem molekylerne langt større end molekylernes udstrækning. Det er derfor muligt at betragte partiklerne som frit bevægelige i tidsrummene mellem deres indbyrdes sammenstød. Den kinetiske teori giver en statistisk beskrivelse af partiklernes fordeling i det seks-dimensionale faserum, der udgøres af en partikels stedvektor r og impulsvektor p. Den statistiske fordelingsfunktion f(r,p,t), der i almindelighed afhænger af tiden t, er et mål for antallet af partikler i et lille område omkring punktet (r,p) i det seksdimensionale faserum.

Den kinetiske ligning, der også betegnes Boltzmann-ligningen, beskriver, hvorledes den statistiske fordeling ændres dels på grund af partiklernes bevægelse i ydre felter, dels på grund af deres indbyrdes sammenstød. Ved at løse den kinetiske ligning kan man finde fordelingsfunktionen for fx metalelektroner, der accelereres af et ydre elektrisk felt, mens de bremses af stød mod urenheder eller fononer. Herved kan størrelsen af metallets elektriske modstand beregnes, idet den elektriske strømtæthed kan findes ud fra kendskabet til fordelingsfunktionen.

I klassiske gasser giver den kinetiske teori en præcis beskrivelse af fx viskositetens størrelse og temperaturafhængighed. For simple partikelsystemer som ædelgasser er forskellen mellem eksperimentelt målte og teoretisk beregnede værdier af viskositeten meget lille, normalt under 1%.

Selvom kvantemekanikken begrænser muligheden for at angive nøjagtige værdier af en partikels sted og impuls (jf. Heisenbergs ubestemthedsrelation), kan den kinetiske beskrivelse også anvendes på kvantesystemer, forudsat at de ydre felter varierer tilstrækkelig langsomt i rum og tid. Det er også muligt at tage hensyn til, at partiklernes vekselvirkning giver anledning til et middelfelt, der påvirker den enkelte partikels bevægelse. Herved bliver den kinetiske teori også anvendelig for fysiske systemer som superledere og kvantevæsker, hvor partiklernes indbyrdes vekselvirkning spiller en afgørende rolle.

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig