第1次课--物态方程微观模型统计规律.ppt

* 上海师范大学 * /13 宏观物体都是由大量不停息地运动着的、彼此有相互作用的分子或原子组成 . §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 /16 布朗运动的观察就说明液体中分子的运动是无规则的. 对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时, 必须用统计的方法. 阿伏伽德罗常数：1 mol 任何物质所含的分子(或原子)的数目均相同. 这个数目称为阿伽德罗常数, 其大小为 热运动：大量分子所作的永不停止的无规则运动 . §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 /16 如IBM的科学家们利用原子力显微镜将35个Xe 原子排列成 IBM 的字母图案. 现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大小以及它们在物体中的排列情况, 例如 X 光分析仪,电子显微镜, 扫描隧道显微镜等. 还可以操纵单个原子. §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 /16 一、气体的物态参量 §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 在一定条件下, 为描述气体的整体特性需要采用一组特定的物理量, 如体积、温度、压强、浓度等 . 对于一定质量的气体, 它的状态一般可用体积、温度、压强三个参量来表示, 这三个物理量叫做气体的物态参量. 1. 气体的体积 V 体积、温度、压强是宏观物理量. 反映的是气体作为整体的性质. 气体由大量分子或原子组成, 如何描述气体的性质及其变化规律 ? 气体所占的体积是指气体分子活动所能达到的空间范围. 气体体积的单位: 国际单位制中为立方米, 符号为m3; 1立方米=103立方分米=106立方厘米=109立方毫米 另一个常用单位是升, 符号为L: 1L=1 dm3 =10-3 m3 即 1m3 = 103dm3 =106 cm3 = 109mm3 注意: 若忽略分子本身的大小时,储存气体的容器的容积即为气体的体积. /16 §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 2. 气体的压强 p 气体的压强是气体分子对器壁碰撞的宏观表现. 根据压强公式p=F/S, 有1Pa=1N/m2; 气体压强的单位: 国际单位制中, 压强的单位是帕斯卡. 符号为Pa 另一个常用单位是标准大气压, 符号为atm: 1atm=1.01325?105 Pa. 从宏观上讲, 温度表示物体的冷热程度； 3. 气体的温度 T 从微观上讲, 温度反映物质内部分子(或原子)运动的剧烈程度. 温度的单位与温度的数值表示方法有关. 温度的数值标定方法叫温标. 国际单位制中, 温度采用热力学温标 T; 单位名称是开尔文, 符号为K(大写); 另一个常用单位是摄氏温标 t; 单位名称是摄氏度, 符号为 0C. 两种温标的关系: T=273.15 + t; 或 t = T – 273.15 /16 气体压强是气体作用在容器壁单位面积上的指向器壁的平均正压力. §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 二、平衡态 一定质量的气体, 其物态(体积、压强、温度等)不随时间变化的状态叫平衡态. 处于平衡态的气体状态可以用一组物态参量p、V、T表示. 三、理想气体物态方程 对于一定质量的气体, 当p,V,T中任一参量发生变化时, 将引起其它参量的变化. p,V,T的变化遵守什么样的规律 ? (1) (1)式称为气体的状态方程. 也可以用状态图上的一点来表示, 如右图所示. V p 0 A(p1,V1,T1) B(p2,V2,T2) 对于实际气体, 其状态方程一般是很复杂的. 本节只讨论一种理想模型------理想气体的物态方程. 什么样的气体可以被看成是理想气体 ? /16 §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 1. 理想气体的微观模型 (2) (i) 分子可视为质点: 分子大小为 d ~10-10m ; 而分子间的距离为d ~10-9m . 满足下列条件的气体被称为理想气体. (ii) 除碰撞瞬间外, 分子间无相互作用力； (iv) 单个分子的运动遵从经典力学的规律 . (iii) 分子间的碰撞可视为完全弹性碰撞； 总之,气体被看作是自由地、无规则运动着的弹性球分子的集合. 2. 理想气体的物态方程 根据玻意耳定律、盖吕萨克定律等实验定律和阿伏伽德罗定律, 可以得到理想气体的物态方程为 式中N是体积V中的气体分子数; k称为玻耳兹曼常数, 其值为 k = 1.38 ?10-23 J · K-1 ( 焦耳·开-1) /16 §12.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 3. 理想气体