大学物理气体动理论复习讲义精要.ppt

* X.J. Feng 热 学 力学：研究物体机械运动。研究方法：牛顿定律和守恒定律。 热学：研究组成物体的大量分子的热运动及由于温度的变化而引起物体宏观性质的变化（即物体的热现象） 研究方法？ 热力学：研究热现象的宏观理论，不涉及物质分子结构，从实验出发，总结出实验规律。（热力学基础） 分子物理：研究热现象的微观理论，用统计平均的方法，从物质的分子结构出发来揭示热现象的微观本质。（气体动理论） 研究方法 气体动理论的基本观点 6.1 分子热运动与统计规律性 第六章 气体动理论（Kinetic Theory of Gases） 1. 分子观点： 物体中的分子处于永不停息的无规则运动中，空气分子常温下 =500m/s.分子不停地碰撞，标准状态下约 5×109次/s。 2. 分子运动观点： 宏观物体是由大量分子（或原子）组成的。分子直径约10-10m，分子间有空隙。 3. 分子力观点：分子间有相互作用力。 分子间距r=r0时,引力=斥力 r0为分子的平衡距离 r r0 时， 引力起主要作用， r r0时， 斥力起主要作用。 r r0 时, 引力消去。 小结 分子小、多、快、乱的杂乱无章的热运动图象。 投骰子实验 每一面朝上的几率都是1/6 飞镖实验 飞镖实验 分布曲线 伽尔顿板实验 伽尔顿板实验 小球落入其中一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 分布是必然的。 大量小球在空间的 格是一个偶然事件。 4.统计观点： 大量分子运动的综合作用决定体系的宏观性质。 统计规律性： 几率: 表示偶然事件出现可能性的大小 统计平均值: 6.2 平衡态 理想气体状态方程 热力学系统 由大量微观粒子组成的宏观物质系统。 系统以外的物体统称“外界”。 状态参量（state parameter） 描述热力学系统状态的物理量: P、V、T 平衡态（equilibrium state） 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。 终了(平衡态) 扩散(非平衡态) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 开始 隔板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 抽去隔板 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 等 温 线 容 等 线 压 等 线 P V 0 平衡过程在 p V 图上用一条曲线表示。 平衡态在P-V 图上用一点来表示。 注意： -1 -1 R = 8.31 J . mol . K 理想气体的状态方程 方程只适用于平衡态 6.3 压强和温度的微观解释 一、基本假设 （1）分子本身线度远小于分子间距； （2）除碰撞外不计分子间的作用力； （3）分子间发生的碰撞是完全弹性的； 1. 理想气体分子微观模型： 即：把理想气体看作是自由自在、杂乱无章运动着的大量弹性小球的集合。 压强公式 2. 统计假设: （2）分子速度沿各方向分量的各种平均值相等。 （1）分子沿各方向运动机会相等； 二、压强公式的推导 1.假设 （1）有多种分子时，P=P1+P2 只有第一种分子时压强 只有第二种分子时压强 （2）可不考虑分子间碰撞，只考虑分子与器壁碰。 1 2 3 2 质量相同，弹性碰撞后速度交换。 i 分子与壁A碰一次获得的冲量： （1）碰一次分子i 对A面的冲量： 1秒内的碰撞次数: l1 l3 l2 A x y z o 设有N个同种分子，质量均为μ。 2.推导： 先计算每个分子的贡献，再对大量分子取统计平均 i 分子i 给A面的冲力= 1秒内给A面的冲量 （2）1秒内分子i 对A面的冲量： （4）N 个分子的冲力： （3）分子i 给器壁的冲力 （5）N 个分子给予器壁的压强 （n：分子数密度） F 1 2 3 S l l l v = x 2 2 2 + + v