第十章气体动理论1..ppt

* 山东轻工业学院 数理学院 第十章 气体动理论 大学物理 山东省精品课程 山东轻工业学院 数理学院 第十章 气体动理论 10.1 分子运动的基本概念 10.2 气体分子的热运动 10.3 统计规律的特征 10.4 理想气体的压强公式 10.5 麦克斯韦速率分布定律 10.6 温度的微观本质 本章内容 10.7 能量按自由度均分原理 10.8 玻耳兹曼分布律 10.9 气体分子的平均自由程 10.10 气体内的迁移现象 10.11 热力学第二定律的统计意义 10.12 实际气体的性质 第十章 气体动理论 本章内容 教学基本要求 一、了解气体分子热运动的图像。理解平衡态、平衡过程、理想气体等概念。 二、理解理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观和微观两方面理解压强和温度的统计意义。 三、了解自由度概念，理解能量均分定理，会计算理想气体的内能。 教学基本要求 四、理解麦克斯韦速率分布律、 速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。会计算气体分子热运动的三种统计速度。 五、理解气体分子平均碰撞次数和平均自由程的概念和公式。 10.1 分子运动的基本概念 气体(理想气体) 研究对象 研究方法 用统计的方法，对由大量分子或原子组成的热力学系统从微观上进行研究，揭示宏观热现象的微观本质。 从物质的微观模型出发，应用力学规律和统计方法研究大量粒子热运动规律的微观理论,揭示粒子的微观运动与宏观热现象之间的深刻联系。 分子运动的基本观点: 1. 宏观物体由大量粒子（分子、原子等）组成。 2. 分子在永不停息地作无序热运动。 ( 布朗运动 ) 不同结构的分子其尺度不一样。 例如标准状态氧分子 直径 阿伏伽德罗常数 1mol物质含有的分子个数。 分子有单原子分子、双原子分子、多原子分子和千万个原子构成的高分子。 3. 分子间存在相互作用力 。 分子力与分子间距离的关系 f ( r ) r0 ~10-9 m r/m o 合力 引力 斥力 当 时, 当 r r0 时, 分子力主要表现为斥力；当r r0 时, 分子力主要表现为引力。 r0 — 平衡位置 一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。 10.2 气体分子的热运动 一、气体分子运动的规律 2. 气体分子间的相互碰撞是非常频繁的。大量分子都在不停地作无规热运动, 在常温常压情况下, 一个气体分子在 1s 的时间里大约经历10 亿次碰撞, 每个分子的运动状态都有一定的偶然性。 1. 气体中分子间的距离相对较大，分子之间、分子与器壁之间产生瞬间碰撞，分子在两次碰撞之间的运动可以看作是在惯性支配下的自由运动。 分子运动是无序的。 通过对大量分子运动状态的观察，发现有一定的规律性。例如，在平衡态时，容器内各处的温度、密度和压强都是均匀分布。这表明，在大量的偶然、无序的分子运动中包含一种规律性，称为统计规律性。 把所有分子按速度分组 二、 气体分子运动服从统计平均值 1. 分子速度分量 vx 的统计平均值 + + + + 所有分子vx之代数和 总分子数 气体在平衡状态时，分子沿各方向运动的概率相等，故 速度等于三个分量的平方和 2. 速度分量vx、 v y、vz平方的平均 同乘以 ?Ni，同除以 N，求和 = + + 平衡状态时，气体分子沿各方向运动的概率相等，则 10.3 统计规律的特征 伽耳顿板实验 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 若无小钉：必然事件 若有小钉：偶然事件