معادله بولتسمان

معادله بولتزمان معادله‌ای است که در سال ۱۸۶۰ میلادی توسط لودویگ بولتزمان ارائه شد و رفتار آماری یک سیستم ترمودینامیکی را توضیح می‌دهد. این معادله یکی از مهمترین معادله‌های سیستم‌های غیرتعادلی است.

معادله بولتزمان معادله برای افزایش زمان دارد f(x، p، t) در یک ذره از فضای فاز، که x و pبه‌ترتیب موقعیت و تکانه هستند، . توزیع مشخص می‌شود با

${\displaystyle f(\mathbf{x},\mathbf{p},t)d\mathbf{x}d\mathbf{p}}$

تعداد ملکول‌هایی که در زمان t، موقعیت دارد ${\displaystyle d^{3}r}$

در حدود r و تکانه ${\displaystyle d^{3}p}$

در حدود p است.

ذره‌ها با تابعf اگر برخورد بیرونی F ناچیز باشد، بدون در نظر گرفتن برخوردهای داخلی

${\displaystyle f(\mathbf{x}+\frac{\mathbf{p}}{m}dt,\mathbf{p}+\mathbf{F}dt,t+dt)d\mathbf{x}d\mathbf{p}=f(\mathbf{x},\mathbf{p},t)d\mathbf{x}d\mathbf{p}}$

،

به ما می‌گوید که اگر یک ذره در زمان${\displaystyle t}$

${\displaystyle \mathbf{x}}$

${\displaystyle \mathbf{p}}$

${\displaystyle t+\mathrm{d}t}$

${\displaystyle \mathbf{x}+\frac{\mathbf{p}}{m}\mathrm{d}t}$

به‌علاوه، تاکنون چگالی حجم-حالت dx dp متغیر بوده‌است.

${\displaystyle f(\mathbf{x}+\frac{\mathbf{p}}{m}dt,\mathbf{p}+\mathbf{F}dt,t+dt)d\mathbf{x}d\mathbf{p}-f(\mathbf{x},\mathbf{p},t)d\mathbf{x}d\mathbf{p}={\frac{\mathrm{\partial }f(\mathbf{x},\mathbf{p},t)}{\mathrm{\partial }t}|}_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{l}}d\mathbf{x}d\mathbf{p}dt}$

از طریق معادله dx dp dt و حد می‌توان معادله بولتزمن را پیش‌بینی کرد.

${\displaystyle \frac{\mathrm{\partial }f}{\mathrm{\partial }t}+\frac{\mathrm{\partial }f}{\mathrm{\partial }\mathbf{x}}\cdot \frac{\mathbf{p}}{m}+\frac{\mathrm{\partial }f}{\mathrm{\partial }\mathbf{p}}\cdot \mathbf{F}={\frac{\mathrm{\partial }f}{\mathrm{\partial }t}|}_{\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{l}}.}$

F(x، t) میدان نیرو در سیال هستند، و m جرم ذرات است.