Средние скорости молекул газа очень велики - порядка сотен метров в секунду при обычных условиях. Например, при температуре 0 ° С для молекул водорода, азота и кислорода величина v равна соответственно 1700 м / с, 455 и 425 м / с.
Однако процесс выравнивания неоднородности в газах вследствие молекулярного движения происходит очень медленно, поскольку процессы диффузии и теплопроводности является относительно медленными. Это можно объяснить так. Молекулы, перемещаясь, сталкиваются с другими молекулами. Газам умеренной плотности соответствует очень большое количество столкновений за 1 с. При каждом столкновении скорость молекул изменяется по числовым значением и направлением. Между столкновениями молекулы движутся по прямым, а траектории их движения за некоторый промежуток времени Лт собой набор отрезков ломаной линии разной длины. Отрезки ломаной линии не лежат в одной плоскости. Поэтому если молекула вышла точки и после п столкновений пришла в точку А2, то эта конечная точка может лежать вблизи начальной точки, а расстояние между началом и концом траектории окажется значительно меньше, чем общий пройденный путь. Вследствие этого скорость, с которой молекула диффундирует из одной части газа в другую, значительно меньше средней скорости молекулярного движения. Для определения X определим сначала количество столкновений выбранной молекулы с другими молекулами в единицу времени.
Считать, что молекула после столкновения продолжает двигаться по прямой со средней скоростью движения v. Молекулы, с которыми сталкивается выбрана молекула, в первом приближении считаем неподвижными и берем их за сферические частицы радиуса r (рис. 5.2). Пусть выбрана молекула движется вправо из положения А1 в положение А. Во время движения она сталкивается с теми неподвижными молекулами, центры которых лежат не далее 2г от траектории движения 0102 есть молекула, движущаяся со скоростью и в течение 1 с, столкнется с теми молекулами, центры которых лежат внутри цилиндра с осью 0j02 и имеющие радиус 2г и длину, равную v. Действительно, за единицу времени молекула проходит расстояние, равное значению средней скорости движения молекул газа v.
Если концентрация молекул составляет / г0, то внутри заданного цилиндра содержится число молекул, равное 2 = 4nr2vn0. Это число z и определяет среднее количество столкновений за единицу времени. Поскольку другие молекулы также находятся в движении, то в это число вводять поправочный множитель, равный 42.