1 气体分子运动论.ppt

第一章 温度 一.基本概念 ? 热力学平衡态 二、温度 三、理想气体状态方程 第二章 气体动理论 §2.1理想气体压强公式 §2.2 温度的微观解释 §2.3 能量均分定理 §2.4 麦克斯韦速率分布率 §2.9 气体分子的平均自由程 * 宏观法与微观法相辅相成。 热学 热学: 是研究与热现象有关的规律的科学。 热学的研究方法： 1.宏观法. 最基本的实验规律?逻辑推理(运用数学) ------称为热力学。 优点：可靠、普遍。 缺点：未揭示微观本质。 2.微观法. 物质的微观结构 + 统计方法 ------称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论) 优点：揭示了热现象的微观本质。 缺点：可靠性、普遍性差。 ?热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。 ?大量分子的无规则运动称为热运动。 §1.1 宏观与微观 §1.3 理想气体温标 §1.4 理想气体状态方程 §1.2 温度 例：若汽缸内气体为系统，其它为外界 ?热力学系统——热力学研究的对象，简称系统 在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体 ?外界——热力学系统以外的物体，称为外界 ?宏观量与微观量 1. 宏观量 从整体上描述系统的状态量，一般可以 直接测量。 如 M、V、P、T 等 2. 微观量 描述系统内微观粒子的物理量。 如分子的质量m、直径 d 、速度 v、 动量 p、能量 ? 等。 对热力学系统的两种描述方法： 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。（动态平衡） 确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量 ? 状态参量——平衡态的描述 状态参量的分类： 几何参量（如：气体体积） 力学参量（如：气体压强） 化学参量（如：化学成分） 电磁参量（如：电、磁场） A B A B A、B 两系统互不影响 各自达到平衡态 A、B 两系统的平衡态有联系 达到共同的热平衡状态（热平衡）， A、B 两系统有共同的宏观性质， 称为系统的温度。 处于热平衡的多个系统具有相同的温度 隔能板 导能板 ?热力学第0定律 如果两个系统分别与处于确定状态的第三个 系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处 于热平衡。 ?温度 互为热平衡的几个热力学系统，必然具有某种 共同的宏观性质——温度。 A B C A、B系统处于热平衡 (不再发生热量交换) R＝8.31 J / mol?K 普适气体常量 NA＝6.023×1023 / mol 阿伏伽德罗常量 玻尔兹曼常量: ? ? n表示单位体积的分子数 气体状态参量的单位（SI）: 热力学（或绝对）温标 摄（修斯）温标： 华氏温标： 热力学第三定律：热力学零度是不能达到的！ §2.1 理想气体压强公式 §2.2 温度的微观意义 §2.3 能量均分定理 §2.4 麦克斯韦速率分布率 §2.7 实际气体等温线 §2.9 气体分子的平均自由程 本节是典型的微观研究方法： 一般气体分子热运动的概念： ?分子的密度 3?1019 个分子/cm3 = 30亿个亿； ?分子之间有一定的间隙，有一定的作用力； ?分子热运动的平均速率约 v = 500m/s ； ?分子的平均碰撞次数约 z = 1010 次/秒 。 对大量分子组成的热力学系统先从微观上加以研究，然后对微观量求统计平均值，即统计学方法。最后得到微观量与宏观量的关系。 一. 理想气体微观模型 1. 对单个分子的力学性质的假设 分子当作质点，不占体积； （因为分子的线度分子间的平均距离） 分子之间除碰撞的瞬间外，无相互作用力； （忽略重力） 分子与分子、器壁的碰撞是弹性的； 分子的运动遵从牛顿力学规律。 2. 对分子集体的统计假设 什么是统计规律性? 大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性。 ? 统计规律有以下几个特点: （1）只对大量偶然的事件才有意义 （2）它是不同于个体规律的整体规律(量变到质变) （3）总是伴随着涨落 ? ?对大量分子组成的气体系统的统计假设： dV----体积元（宏观小，微观大） （1）分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着 （3）平衡态时分子的速度按方向的分布是各向均匀的 （2）平衡态时分子按位置的分布是均匀的， 即，分子数密度到处一样，不受重力影响 二．理想气体压强公式的推导 设:一容器V＝l1l2l3 ,内有N个分子 考虑第i个分子与器壁碰撞 器壁所受压强为： 分子的平均平动能 讨论： ? p：碰撞是断续的，冲量有涨落，是统计平均量 ? n