運動論によれば、すべての物質は原子または分子から構成され、原子または分子は絶えず自由に運動している。この運動論の仮定は、気体を構成する原子または分子の状況と一致する。気体を構成する原子または分子間の引力は弱いため、原子または分子は自由に運動することができる。
原子や分子は運動するとき、速度を持ちます。原子や分子は質量も持ちます。質量 (m) と速度 (v) を持つため、原子や分子は運動エネルギー (KE) と運動量 (p) を持ちます。運動エネルギー: KE = 1/2 mv² 。運動量: p = m v。運動エネルギーと運動量に加えて、力 (F) もあります。自由に運動しているときは、衝突が必ず起こります。そのため、衝突が起こると運動量が変化するため、力が増加します。運動エネルギー、運動量、および力積は、動力学 (運動の法則、力積、および運動量) に関する議論の中核をなすものです。気体分子運動論は、原子または分子レベルで動力学を適用すると言えます。
理想気体の概念（気体の巨視的性質に基づく）
気体の法則に関する議論では、実在気体の巨視的な性質を表す3つの量について説明しました。その3つの量とは、温度（T）、体積（V）、圧力（P）です。これら3つの巨視的な量間の関係は、ボイルの法則、シャルルの法則、ゲイ＝リュサックの法則で表されます。これらの3つの法則は、圧力と密度（密度＝質量／体積）が大きすぎない実在気体にのみ適用されることに注意してください。また、これらの法則は、沸点に近い温度ではない実在気体にのみ適用されます。
ボイルの法則、シャルルの法則、ゲイ＝リュサックの法則は、すべての実在気体の状態に適用できるわけではないため、理想気体モデルを作成する必要があります。理想気体は日常生活には存在しません。理想気体は、理想的な剛体や流体と同様に、分析を容易にするために作られた完璧な形態にすぎません。したがって、ボイルの法則、シャルルの法則、ゲイ＝リュサックの法則は、すべての理想気体の状態に適用できると考えます。理想気体モデルの存在は、気体の巨視的な量間の関係を考察するのに役立ちます。
理想気体の法則は、PV = nRT (モル数に関する理想気体の法則) と PV = NkT (分子数に関する理想気体の法則) の 2 つの式で表されます。理想気体はこれらの 2 つの式を満たすと仮定します。言い換えれば、理想気体の法則は、理想気体の圧力や質量が非常に大きい場合や、理想気体の温度が沸点に近づく場合など、すべての理想気体の条件に適用されます。対照的に、理想気体の法則はすべての実在気体の条件に適用されるわけではありません。理想気体の法則は、実在気体の圧力と密度があまり大きくない場合にのみ適用されます。また、理想気体の法則は、実在気体の温度が沸点に近くない場合にのみ適用されます。この簡単な説明に基づくと、実在気体が理想気体と同様の性質を持つのは、実在気体の密度が、
また、ガス圧があまり大きくなく、実際のガス温度が沸点に近くない場合。
これまで述べてきた理想気体の概念を、巨視的な性質に基づいて考察した。理想気体はあくまで理想的なモデルではあるが、それでも原子や分子が自由に運動する気体であると考えられている。そこで、理想気体の概念を微視的な観点からも考察してみると良いだろう。
理想気体の概念（気体の微視的な性質に基づく）
以下は、気体運動論に基づいた理想気体の微視的な状態を説明する簡単な記述です。
1. 理想気体は、分子と呼ばれる粒子から構成されます。理想気体の分子は、1つの原子または複数の原子から構成されます。各分子は質量（m）を持ち、特定の速度（v）で任意の方向にランダムに運動します。
2. 各分子間の距離は、各分子の直径よりも大きい。
3. これらの分子は運動の法則に従い、衝突が起こると互いに相互作用する。
4. 分子同士の衝突、または分子と容器の壁との衝突は完全衝突であり、それぞれの衝突は短時間で起こる。
完全衝突においては、エネルギー保存の法則（衝突前のエネルギー＝衝突後のエネルギー）と運動量保存の法則（衝突前の運動量＝衝突後の運動量）が成り立つ。
気体運動論における衝撃衝突の考察
気体の巨視的量と微視的量の定量的関係を復習しましょう。気体の巨視的性質を表す量は、温度（T）、体積（V）、圧力（P）です。一方、気体の微視的性質を表す量は、気体を構成する原子または分子の速度（v）、運動量（p）、力（F）、運動エネルギー（EK）です。
密閉容器内の気体分子について考察します。箱の一辺の長さは l、断面積は A です。
分子は質量(m)を持ち、運動しているときは速度(v)を持ちます。容器は密閉されているため、分子と表面積Aの容器の壁との間に衝突が発生する可能性があります。
解析を簡略化するため、左側の壁（z軸に平行な壁）で発生する衝突のみを考慮します。まず、1つの分子が経験する衝突について説明します。これを分子1とします。分子の質量はm1、移動速度はv1です。左方向への移動方向を負、右方向への移動方向を正とします。
容器の壁に衝突する前は、分子の運動はx軸に平行で、左方向への運動であると仮定できます。したがって、x軸方向の速度成分は負の値（-v）になります。1x質量（m）があるため1）と速度（-v1x) 分子は運動量 (p1 = -m1 v1x) これは初期運動量です。壁に衝突すると、分子は壁に作用力を及ぼします。作用力があるため、壁は反作用力を及ぼします。壁からの反作用力により、分子は右方向に反射されます。右方向への運動のため、分子の速度成分は正になります (v1x衝突後の分子運動量はpである。2 = m1 v1xこれが最後の瞬間だ。
衝突による運動量の変化の大きさは次のとおりである。
全運動量＝最終運動量－初期運動量
p合計 = p2 – p1
p 合計 = m 1 v 1x – (-m 1 v 1x )
p合計 = 2m 1 v 1x
2m 1 v 1x = 1回の衝突における全運動量。分子衝突は完全衝突であるため、衝突は1回だけでなく繰り返し起こります。完全衝突では、エネルギー保存の法則と運動量保存の法則が適用されます。衝突前のエネルギーと運動量 = 衝突後のエネルギーと運動量。したがって、分子は決して動きを止めません（無限のエネルギー）。分子の速度も決して減少しません（運動量が維持されます）。
分子は左壁に衝突した後、右壁に到達するまで右に移動します。右壁に衝突した後、分子は左に戻り、再び左壁に衝突します。箱の辺の長さは l なので、分子は左壁に最初に衝突した後、2l の距離を移動してから、2回目の衝突を迎えます。分子が 2l の距離を移動するには、一定の時間間隔 ( Δt ) が必要です。分子が 2l の距離を移動するために必要な時間間隔 ( Δt ) は、数学的に次のようになります。
Δt は各衝突間の時間間隔です。分子が壁に衝突すると、分子は壁に作用力を及ぼします。この作用力により、壁は反作用力を及ぼします。この反作用力の存在により、分子は再び右方向に移動します。この場合、分子の運動方向が変わります。最初は分子は左方向 (-v1x) に移動しますが、壁に衝突した後は右方向 (v1x) に移動します。運動方向の変化は運動量の変化を引き起こします (最終運動量 - 初期運動量 = m1v1x - (-m1v1x ) = 2m1v1x )。運動量の変化は、壁からの総力が作用するためであると言えます。壁からの総力を数式で表すと次のようになります。
上の図では、分子は1つしか記述されていません。これは、箱の中に気体分子が1つしかないという意味ではありません。実際には、多くの気体分子が存在します。箱の中のすべての気体分子にかかる合計の力は、数式で表すと次のようになります。
F = F 1 + F 2 + F 3 + … + F n
F 1 = 分子1にかかる全力
F 2 = 分子2にかかる全力
F 3 = 分子3にかかる全力
……＝以下同様
F n = 分子4に対する全力
n = 最後の分子。
m1 = 分子量 1、m2 = 分子量 2、m3 = 分子量3、mn = 最後の分子の質量。m1 +m2 +m3 + ….. + mn = m（箱の中の気体の質量）。l = 箱の側面の長さ。
v 12x = 分子1の速度、v 22 x = 分子2の速度、v 33 x = 分子3の速度、v n2 x = 最後の分子の速度。各分子の速度は異なるため、すべての分子の平均速度を計算する必要があります。分子の平均速度を計算するには、すべての分子の速度を分子の数で割ります。気体分子運動論では、分子の数は通常、記号Nで表されます。数学的には、すべての分子の平均速度は次のように表されます。
方程式bと方程式aを組み合わせます。
F = 力、m = 気体の質量、l = 箱の側面の長さ、N = 分子の数。
前述の説明では、分子がx軸に平行に運動すると仮定しました。この仮定は、解析を容易にするためのものです。実際には、箱の中のすべての気体分子がランダムに任意の方向に運動するわけではありません。運動はランダムに発生するため、分子はx軸方向の平均速度成分に加えて、y軸方向またはz軸方向の平均速度成分も持ちます。したがって、気体分子の平均速度は、x軸、y軸、z軸における平均速度成分の総数となります。数式で表すと次のようになります。
分子はランダムに運動するため、x軸、y軸、z軸上の速度成分の大きさは同じになります。数式で表すと次のようになります。
式2と式1を組み合わせると次のようになります。
式3と式n cを組み合わせると次のようになります。
F = 容器の壁面（表面積は A）に気体分子が及ぼす力の量。
圧力（P）と微視的大きさの関係
圧力（P）は、気体の巨視的な性質を表す量です。気体の微視的な性質に基づいて圧力を復習しましょう。断面積Aの壁に気体分子が及ぼす圧力は次のようになります。
P = 圧力、N = 気体分子の数、m = 質量、v = 分子の平均速度、V = 容器の体積
