Хаотическое тепловое движение молекул, непрерывные столкновения между ними способствуют тому, что молекулы, хотя и сравнительно медленно, перемещаются из одной точки пространства в другую.
В результате столкновений меняется числовое значение и направление скоростей молекул, что приводит к передаче импульса и энергии. По этой причине в газовой среде, если рассматривать бесконечно малые объемы отдельных участков среды, самовольно возникают флуктуации плотности (концентрации), температуры и давления газа, которые мгновенно исчезают. Если эти неоднородности вызваны посторонним источником и имеют устойчивый характер, то хаотическое движение молекул стремится ликвидировать эти неоднородности.
Итак, в неравновесных изолированных системах процессы происходят так, что их конечным результатом будет установление термодинамического равновесия. В установлении термодинамического равновесия важную роль играют диффузия, вязкость и теплопроводность. Эти процессы способствуют выравниванию плотности и концентрации, прекращению макроскопического движения вещества, установлению во всей системе одинаковой температуры. Такие явления (процессы) обусловлены тепловым движением молекул и называются явлениями переноса, поскольку они связаны с переносом энергии (теплопроводность), импульса (вязкость) и массы (диффузия).
В общем случае явления переноса зависят от градиентов соответствующих параметров системы. Градиенты - векторные величины. Однако если ограничиться рассмотрением явлений переноса вдоль одной координатной оси, то векторных обозначений можно не вводить.
Явления переноса можно наблюдать у многих современных технологических процессах. Например, при производстве сахара его добычу из сахарной стружки (экстракция) обусловлен диффузией. Диффузия используется для очистки полупроводников, разделения изотопов и т.д.. Явления теплопроводности наблюдаются у большинства тепловых процессов, в различных машинах и устройствах.
Итак, во всех процессах, происходящих в газах, важную роль играют столкновения между молекулами, в частности столкновения, «ответственные» за максвелловское распределение молекул по скоростям. Они имеют решающее значение для установления равновесия в газах, поэтому рассмотрим их подробнее.