6-(1-3)气体、压强公式.ppt

第十五章 机械波 15 – 8 多普勒效应 第3编 热 学 基 础 热现象的实质是大量微观分子的热运动的结果，涉及到宏观与微观两个层次。 微观---气体动理学理论 宏观---热力学基础 世界由大量分子组成，科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律, 气体分子动理论应运而生。 玻尔兹曼、吉布斯和焦耳等发展了经典统计力学。 研究方法 1. 热力学 —— 宏观描述 通过实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件。 特点：(1) 具有可靠性；(2) 知其然而不知其所以然； (3) 应用宏观参量 . 2. 气体动理论 —— 微观描述 研究大量的做热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法 。 特点：(1) 揭示宏观现象的本质； (2)有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 。 宏观量 微观量 统计平均 气体动理论 热力学 相辅相成 气体动理学与热力学关系 1、理解气体的平衡状态、状态参量等概念，掌握理想气体物态方程及其应用。 2、理解理想气体微观模型的概念和意义，了解理想气体压强公式和温度公式，理解压强和温度的微观实质和统计意义。 3、了解能量按自由度均分定理的内容和意义，掌握理想气体的内能公式，理解理想气体内能只是温度的函数。 4、了解分子速率分布函数的意义，熟悉麦克斯韦速率分布定律的内容。 第六章 教学基本要求 第六章 气体动理学理论 知识准备 研究的对象---气体分子 研究的目的---了解气体的宏观状态参量（ 温度、压强、内能等）与分子微观运动之间的关系。 1、概率 （对随机事件而言） 含义：描述事件发生的可能性大小的物理量 的比 不稳定，但当N很大时 趋于稳定， 几率（概率）--设做 N 次实验（比如掷N次骰子）,若出现某事件A的次数为 NA，事件A出现的次数与总次数 则定义A事件出现的几率为 称为必然事件 称为不可能事件 例如掷硬币时：出现头像（A事件）的几率为二之一。出现币值的一面（B事件）的几率也为二分之一。 注意：归一化条件： 在N次实验中各种事件出现的几率的和为1。 设Wi为表示第i事件出现的几率，则它所有事件出现的几率和为： 2、统计平均值 1）算术平均值：若测某个物理量M，测N次，在测得的量值中， 2）统计平均值 §6-1 气体动理学的基本概念 一、热力学系统 热力学系统（热力学研究的对象）： 大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。 外界：热力学系统以外的物体。 系统分类（按系统与外界交换特点）： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换 二、宏观量和微观量 宏观量：表征大量分子无规则运动的集体效应和平均效果的可观测量。如温度、压强、内能、和热容量等。 微观量：任一时刻，系统处于任一微观状态，表征个别分子或系统的物理量。如某一时刻分子的速度、动能或系统的动能等。 §6-2 理想气体状态方程 系统分类（按系统所处状态） 热平衡态: 在无外界的影响下，不论系统初始状态如何，经过足够长的时间后，系统的宏观性质不随时间改变的稳定状态。 平衡态系统 非平衡态系统 平衡条件: (1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换; (2) 系统的宏观性质不随时间改变。如密度、压强等。 非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统。 一 、平衡态和平衡过程 举例 平衡态是一种热动平衡 在这个过程式中，各点密度、温度等均不相同，这就是非平衡态。但随着时间的推移，各处的密度、压强等都达到了均匀，无外界影响，状态保持不变，就是平衡态。 设一容器，用隔板将其隔开当隔板右移时，分子向右边扩散 准静态过程（平衡过程）：如果过程进行的足够缓慢，使得过程所经历的各中间状态非常接近平衡状态。每一个过程都有确定的状态参量。 二、 准静态过程 三、描述气体的状态参量 （宏观状态---大量分子的集体状态） 1、体积V---气体所占的空间（几何参量） 注意：体积并不是所有分子体积之和，因分子之间有间隔。 2、压强---作用在器壁上单位面积上的正压力（力学参量） 注意：气体产生的原因是大量分子对器壁的碰撞，非气体分子的重量。 单位： 标准大气压：450纬度海平面处, 00C时的大气压。 3、温度---物体冷热程度的量度（热学参量）。 单位：温标 K（开尔文） 四、理想气体的状态方程 理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体。 1、1mol理气的状态方程： 对于质量为M的气体， 满足 标准状态：