古典統計力学
マクスウェル＝ボルツマン速度分布
温度とモル質量による分子速度の変化を調べ、ヒストグラムを と比較し、 を測定します。
器具
- 6,000分子の理想気体標本と速さヒストグラム
- 温度・モル質量の調整機能と理論分布曲線
手順
気体と温度を選ぶ
モル質量と温度を設定します。分子速度の各成分は熱的なガウス分布から標本化されます。
速さのヒストグラムを読む
棒は正規化した測定速さを示し、滑らかな曲線は選択した気体と温度に対するマクスウェル＝ボルツマン確率密度です。
二乗平均平方根速度を測る
標本値を と比較します。新しい標本を生成し、有限標本によるばらつきを確認します。
シミュレーション
実験の歴史
ジェームズ・クラーク・マクスウェルは気体分子運動論を発展させる中で、1860年に分子速度分布を導きました。この結果は、多数の分子の統計的記述を温度や圧力といった測定可能な巨視的性質に結びつけました。
1870年代、ルートヴィヒ・ボルツマンは統計力学の基礎を発展させ、分子確率とエネルギー分布が熱力学的挙動を支える仕組みを明らかにしました。現代のマクスウェル＝ボルツマン速度則は、熱平衡にある希薄な理想気体についてこれらの古典的成果を組み合わせたものです。