1.(简)热学 第一章 气体动理论(2003).doc

第二篇 热学 (Heat) ★引言一、热学研究对象及内容 1.对象：热力学系统 ·由大量分子或原子组成 ·系统外的物体称外界 2.内容：与热现象有关的性质和规律 热现象：物质中大量分子热运动的集体 表现。 二、热学的研究方法 1.宏观描述方法---热力学方法 ·由实验确定的基本规律，研究热现象的宏 观特性和规律。 ·对系统进行整体描述。 2.微观描述方法---统计物理方法 ·从物质的微观结构出发，用统计平均的方 法，研究热现象及规律的微观本质。 ·两种方法相辅相成。 三、几个概念 1.宏观量与微观量 (1)宏观量 (macroscopic quantity) ·表征系统整体性质的物理量 ·可直接测量(如体积、压强) ·广延量：有累加性(如质量、能量) 强度量：无累加性(如温度、压强) (2)微观量(microscopic quantity) ·描写单个微观粒子运动状态的物理量 ·一般不能直接测量(如分子质量、能量) ·宏观量是微观量的统计平均值 (如压强和大量分子撞击器壁时动量变化率 的统计平均值有关) 2.平衡态(equilibrium state) ·在不受外界影响的条件下，系统宏观性质 不随时间改变的状态(热动平衡)。 ·平衡态是一定条件下对实际情况的概括和 抽象。 3.状态参量 ·描述系统平衡态的宏观参量 ·常用：P、V、T ·平衡态下状态参量不随时间变化 ·在P---V图上一个点表示一个平衡态。 4.状态方程(equation of state) ·状态参量之间的函数关系 f (P,V,T) = 0 ·理想气体状态方程 (n—分子数密度) ·玻耳兹曼常数 第1章 气体动理论 (Kinetic Theory of Gases) 本章讨论： ·气体的压强与温度 ·气体分子按速率和按能量的分布 ·实际气体的状态方程 ·输运过程 特别注意：统计平均的方法及统计性的规 律 §1 理想气体的压强和温度 一、理想气体的微观模型 1.忽略分子大小(看作质点) 分子线度分子间平均距离 2.忽略分子间的作用力(分子间碰撞、分子 与器壁 碰撞时除外) 3.碰撞属完全弹性 4.分子服从经典力学规律 二、理想气体分子的统计假设 (统计假设是对大量分子而言) 1.平衡态时，分子按位置的分布均匀 ·分子在各处出现的几率相同(重力不计) ·容器内各处分子数密度(单位体积中的分 子数)相同 2.平衡态时，分子速度按方向的分布均匀 ·由于碰撞，分子往各方向运动的概率相同 · 其中 三、理想气体压强公式 1.压强公式的推导 前提：·平衡态 ·分子总数N，分子质量m ·矩形容器 V = l1 l2 l3 ·忽略重力，气体均匀分布， 6个面压强相同，考虑S面 步骤: (1)一个分子碰壁一次对壁的冲量 ·对第i个分子 碰前速度: (i ((ix , (iy , (iz ) 碰后速度: ((i (((ix , ((iy , ((iz ) ·S面光滑(无摩擦)，由弹性碰撞 ((iy = (iy , ((iz = (iz ((ix = - (ix ·分子i碰S一次受的冲量 Ii(一次) = m((ix - m(ix = - 2m(ix ·分子i碰S一次对S的冲量 IiS(一次) = - Ii(一次)= 2m(ix (2) (t内分子i对壁的冲量 ·(t内分子i碰S的次数 ·(t内分子i对S的冲量 (3)(t内N个分子对S的冲量 (4) S面上的压强 ·S受的平均冲力 · S面上的压强 ·因为