大学物理课件---微观.统计.气态方程-[福州大学...李培官]大学物理课件---微观.统计.气态方程-[福州大学...李培官].ppt

大学物理 第四章.气体动理论 宏观理论与微观理论的比较 * * 今天是* 福州大学至诚学院 ---微观.统计.气态方程 大学物理教研室 李培官 4-1.微观.统计.气态方程 1. 热学的研究对象及内容 (1). 对象： 宏观物体（大量分子原子系统） 或物体系 — 热力学系统 。 (2)内容： 与热现象有关的性质和规律。 外界 系统 外界 例如汽缸： 一.前言【热学的几个概念】 2.系统状态的描述： （1）宏观描述法 用一些可以直接测量的物理量（称为宏观量）来描述系统的宏观性质 例如： p, V, T, Ｍ 等 （2）微观描述法 给出系统中每个微观粒子的力学参量（称为微观量）来描述系统 例如：分子的质量、速度、直径、动量 微观量与宏观量有一定的内在联系。 微观粒子 观察和实验 出 发 点 热力学验证统计物理学， 统计物理学揭示热力学本质 二者关系 无法自我验证 不深刻 缺 点 揭露本质 普遍，可靠 优 点 统计平均方法 力学规律 总结归纳 逻辑推理 方 法 微观量 宏观量 物 理 量 热现象 热现象 研究对象 微观理论 （统计物理学） 宏观理论 （热力学） 在不受外界影响的条件下,热力学系统的宏观性质不随时间改变的状态,称为平衡态。 平衡态：体系的温度、压强、密度等宏观量处处相同，在p-V图上可用一点表示(属于理想状态) 3.平衡态（equilibrium state） 处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因为碰撞,每个分子的速度经常在变 -----动态平衡 平衡态 T1 T1 热库 恒温 系统 稳定态 T2 热库 热库 T1 恒温 恒温 系统 要注意区分平衡态与稳定态。 (1) 不受外界影响指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可处于均匀的外力场中； 处于重力场中气体系统的粒子数密度随高度变化， 低温 高温 两头处于冰水、沸水中的金属棒 如： 是一种稳定态，而不是平衡态； 但它是平衡态。 (2) 平衡是热动平衡，是微观运动的平均效果不变。 其中的大量分子仍在作无规则的热运动, 其微观运动状态随时在变,不变的只是宏观量 说 明 其宏观性质只用几个称为状态参量的宏观量描写。 ? 系统内微粒的运动的统计规律简单. 特别有：平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示。 除特别说明，以后只讨论平衡态。 ? 对一定质量的气体, 可用p,V,T中任两个为坐标轴, 坐标系中每个点都对应一个平衡态. (3) 平衡态是最简单的状态,是一种理想化的状态： 4. 热力学第零定律 实验表明：如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也必处在热平衡。 处在同一热平衡状态下的热力学系统，具有一个共同的宏观性质，定义它为系统的温度。 温度是表征物体冷热程度的宏观状态参量。 温度的测量：温度计 A B C A B C 5. 状态参量(描述平衡态的宏观物理量) 常见的热力学系统的状态参量是压强、体积和温度等。 压强 p ：垂直作用于容器壁单位面积上的压力。（力学描述） 体积V ：气体所能达到的最大空间。（几何描述） 温度T ：描述系统冷热程度的物理量 ，标志系统内部分子 热运动的激烈程度。（热学描述） 描述热力学系统状态的宏观物理量，称为状态参量。 热力学温标 T ：单位为K（开尔文） 单位： 摄氏温标与热力学温标的关系为： 摄氏温标 t ：单位为oC（摄氏度）。 标准大气压： 1. 物质的微观结构模型 （3）分子力观点：分子间有相互作用力。 当 时，分子力主要表现为引力. 当 时，分子力主要表现为斥力； 当 时，分子处于平衡状态，分子力为零； （1）分子、原子观点: 宏观物体由大量微观粒子（分子或原子)组成，且粒子之间有间隙。 （2）分子运动的观点： 组成物质的分子在永不停息地作无规则的热运动。 证据：扩散现象、布朗运动等。 二.微覌结构模型 气体分子热运动图像 演示 012 容器 分子的路径 演示 2 理想气体的微观结构模型 （1）理想气体分子可视为质点，运动遵循牛顿运动定律。 （2）理想气体分子间、分子与器壁间的碰撞是完全弹性的。 （3）除碰撞瞬间外，理想气体分子间无相互作用。 1、偶然事件（随机事件）：在一定条件下可能发生也可能不发生的事件。 例：伽尔顿板实验 对单个小球而言，其运动规律完全是偶然的。 大量小球或一