气体动力学理论是一种科学模型，它将气体的物理行为解释为组成气体的分子粒子的运动。在这个模型中，构成气体的亚微观粒子（原子或分子）以随机运动的方式不断移动，不仅彼此不断碰撞，而且还与气体所在的任何容器的侧面不断碰撞。正是这种运动导致了气体的物理性质，如热量和压力。

气体动力学理论也称为动力学理论，或动力学模型，或动力学分子模型。它也可以在许多方面应用于流体和气体。（下面讨论的布朗运动示例将动力学理论应用于流体。）

动力学理论史

希腊哲学家卢克雷修斯是原子主义早期形式的支持者，尽管这一形式在几个世纪以来基本上被抛弃，取而代之的是建立在亚里士多德非原子工作基础上的气体物理模型。如果没有将物质视为微小粒子的理论，动力学理论就无法在亚里士多德的框架内发展。

丹尼尔·伯努利（Daniel Bernoulli）的作品在1738年出版的《流体力学》（Hydrodynamica）一书中向欧洲观众介绍了动力学理论。当时，甚至像能量守恒这样的原理都还没有建立起来，因此他的许多方法没有被广泛采用。在接下来的一个世纪里，动力学理论在科学家中得到了更广泛的应用，这是科学家采用由原子组成的现代物质观的发展趋势的一部分。

实验证实动力学理论的关键之一，原子论是普遍的，与布朗运动有关。这是一个悬浮在液体中的微小颗粒的运动，在显微镜下，它似乎随机地抖动。在1905年的一篇广受好评的论文中，阿尔伯特·爱因斯坦用与构成液体的粒子的随机碰撞来解释布朗运动。这篇论文是爱因斯坦博士论文工作的结果，他通过将统计方法应用于这个问题，创建了一个扩散公式。波兰物理学家玛丽安·斯莫卢乔夫斯基（Marian Smoluchowski）也独立得出了类似的结果，他于1906年发表了自己的研究成果。这些动力学理论的应用在很大程度上支持了液体和气体（很可能还有固体）是由微小粒子组成的观点。

动力学分子理论的假设

动力学理论涉及到许多假设，这些假设集中于能够谈论理想气体。

• 分子被视为点粒子。具体来说，这意味着它们的大小与粒子之间的平均距离相比非常小。
• 分子数（N）非常大，以至于无法跟踪单个粒子的行为。相反，统计方法被应用于分析整个系统的行为。
• 每个分子被视为与任何其他分子相同。就其各种特性而言，它们是可互换的。这再次有助于支持这样一种观点，即单个粒子不需要被跟踪，理论的统计方法足以得出结论和预测。
• 分子处于恒定的、随机的运动中。它们遵循牛顿运动定律。
• 粒子之间以及粒子与气体容器壁之间的碰撞是完全弹性碰撞。
• 气体容器的壁被视为完全刚性的，不移动，并且具有无限大的质量（与粒子相比）。

这些假设的结果是，容器内有一种气体在容器内随机移动。当气体粒子与容器侧面碰撞时，它们会以完美的弹性碰撞方式从容器侧面反弹，这意味着如果它们以30度角撞击，它们将以30度角反弹。垂直于容器侧面的速度分量改变方向，但保持相同的大小。

理想气体定律

气体动力学理论非常重要，因为上面的一系列假设使我们导出了理想气体定律或理想气体方程，该定律与压力（p）、体积（V）和温度（T）有关，与波尔兹曼常数（k）和分子数（N）有关。由此得出的理想气体方程为：