Кинетическое уравнение Больцмана

уравнение для функции распределения f (n, r, t) молекул газа по скоростям n и координатам r (в зависимости от времени t), описывающее неравновесные процессы в газах малой плотности. Функция f определяет среднее число частиц со скоростями в малом интервале от n до n +Dn и координатами в малом интервале от r до r + Dr (см. Кинетическая теория газов ). Если функция распределения зависит только от координаты х и составляющей скорости nx, К. у. Б. имеет

.

(m ≈ масса частицы). Скорость изменения функции распределения со временем характеризуется частной производной , второй член в уравнений, пропорциональный частной производной функции распределения по координате, учитывает изменение f в результате перемещения частиц в пространстве; третий член определяет изменение функции распределения, обусловленное действием внешних сил F. Стоящий в правой части уравнения член, характеризующий скорость изменения функции распределения за счёт столкновений частиц, зависит от f и характера сил взаимодействия между частицами и равен

Здесь f, f1 и f▓, f▓1 ≈ функции распределения молекул до столкновения и после столкновения соответственно, n, n1 ≈ скорости молекул до столкновения, ds=sdW ≈ дифференциальное эффективное сечение рассеяния в телесный угол dW (в лабораторной системе координат), зависящее от закона взаимодействия молекул; для модели молекул в виде жёстких упругих сфер (радиуса R) s =4R2cosJ, где J ≈ угол между относительной скоростью ≈ n 1≈n сталкивающихся молекул и линией, соединяющей их центры. К. у. Б. было выведено Л. Больцманом в 1872.

Различные обобщения К. у. Б. описывают поведение электронного газа в металлах, фононов в кристаллической решётке и т.д. (однако чаще эти уравнения называют просто кинетическими уравнениями, или уравнениями переноса). См. Кинетика физическая .

Г. Я. Мякишев

Уравне́ние Бо́льцмана (кинети́ческое уравнение Больцмана) — уравнение, названное по имени Людвига Больцмана , который его впервые рассмотрел, и описывающее статистическое распределение частиц в газе или жидкости. Является одним из самых важных уравнений физической кинетики (области статистической физики , которая описывает системы, далёкие от термодинамического равновесия, например, в присутствии градиентов температур и электрического поля ). Уравнение Больцмана используется для изучения переноса тепла и электрического заряда в жидкостях и газах , и из него выводятся транспортные свойства, такие как электропроводность , эффект Холла , вязкость и теплопроводность . Уравнение применимо для разреженных систем, где время взаимодействия между частицами мало ( гипотеза молекулярного хаоса ).