Молекулы газа вследствие теплового движения испытывают многочисленные соударения друг с другом. При каждом соударении скорости молекул изменяются как по величине, так и по направлению. В результате в сосуде, содержащем большое число молекул, устанавливается некоторое статистическое распределение молекул по скоростям, зависящее от абсолютной температуры T. При этом все направления векторов скоростей молекул оказываются равноправными (равновероятными), а величины скоростей подчиняются определенной закономерности. Распределение молекул идеального газа по величине скоростей называется распределением Максвелла.

Джеймс Максвелл в 1860 году вывел закон распределения молекул газа по скоростям, исходя из основных положений молекулярно-кинетической теории. На рис. 1 представлены типичные кривые распределения молекул по скоростям. По оси абсцисс отложен модуль скорости, а по оси ординат — относительное число молекул, скорости которых лежат в интервале от υ до υ + Δυ. Это число равно площади выделенного на рис. 1 столбика.

Рис. 1. Распределение молекул по скоростям. T2 > T1

Характерными параметрами распределения Максвелла являются наиболее вероятная скорость υ_в, соответствующая максимуму кривой распределения, и среднеквадратичная скорость
где — среднее значение квадрата скорости.

Средний квадрат скорости

где m₀ — масса одной молекулы.

Квадратный корень из этой величины называется средней квадратичный скоростью:

С ростом температуры максимум кривой распределения смещается в сторону больших скоростей, при этом υ_в и υ_кв увеличиваются.

Согласно распределению Максвелла оказывается, что:

• В газе есть молекулы с очень маленькими скоростями и с очень большими, но их сравнительно мало.
• Средняя проекция скорости на любое направление для всех молекул газа равна 0 (иначе, в газе существовали бы потоки вещества).
• У молекул есть наиболее вероятная скорость, которая зависит от температуры, и основная часть молекул имеет модуль скорости, близкий к ней. Эту скорость вычисляют по формуле
  

Рис. 2. Наиболее вероятная скорость υв и средняя квадратичная скорость υкв одинаковым образом зависят от температуры и массы молекулы, отличаясь лишь числовым множителем. Если принять υв за 1, то υкв = 1,22

При любой температуре газа имеется некоторое количество молекул, скорости которых, а значит, и кинетические энергии, заметно превышают средние. «Быстрые» молекулы объясняют протекание ряда химических реакций (горение топлива) и некоторые физические явления. Например, испарение воды при комнатной температуре происходит за счет небольшого числа быстрых молекул.