温度的微观本质.ppt

扩散现象 当气体内各处的分子数密度不同 或各部分气体的种类不同时，其 分子由于热运动而相互掺合，在 宏观上产生的气体质量迁移现象。 由于气体内各层之间因 流速不同而有宏观上的 相对运动时，产生在气 层之间的定向动量迁移 现象。宏观上表现为相 邻部分之间有摩擦作用。 内摩擦现象或粘滞现象 · · △m 实际上，这三种迁移现象往往是同时存在的。 说明 v1 v2 f f 二. 扩散现象 只讨论在温度和压强均匀的情况下，仅由于气体中各处 密度不同而引起的单纯扩散现象。 设想取两种质量和大小都极为接近的分子（如N2与CO）组 成的混合气体，假定两种气体的比例各处不同但总的分子数密度处处相同。 只考虑混合气体中任一组分的质量迁移。其质量密度ρ(y)沿y 轴方向变化 y △m △S 扩散现象宏观规律 · 实验表明，在△t 的时间内通过△S 面传递的这种组分 的质量为 * §12.6 温度的微观本质 一. 理想气体温度与分子平均平动动能的关系 理想气体分子的平均平动动能为 每个分子平均平动动能只与温度有关，与气体的种类 无关。 说明 (1) 温度是大量分子热运动平均平动动能的度量.它反映了 宏观量T 与微观量ε的统计平均值之间的关系。 (2) 温度是统计概念，是大量分子热运动的集体表现。 对于单个或少数分子来说，温度的概念就失去了意义。 二. 理想气体定律的推证 1. 阿伏加德罗定律 在相同的温度和压强下，各种气体的分子数密度相等。 2. 道尔顿分压定律 设几种气体贮于一密闭容器中，并处于平衡态，且分子数密度分别为 n1 、n2 、 n3 … ， 则 混合气体的分子数密度为 温度相同 混合气体的压强为 混合气体的压强等于各种气体的分压强之和。 有一容积为10cm3 的电子管，当温度为300K时用真空泵抽成高真空，使管内压强为5×10-6 mmHg。 (1) 此时管内气体分子的数目； (2) 这些分子的总平动动能。 解 例 求 (1) 由理想气体状态方程得 (2) 每个分子平均平动动能 N 个分子总平动动能为 §12.7 能量按自由度均分原理 一. 气体分子自由度 分子模型 自由度数目 分子结构 单原子 双原子 多原子 说明 ⑴ 分子的自由度不仅取决于其内部结构，还取决于温度。 3 5 6 质点 刚体 由刚性杆连接的两个质点 (2) 实际上，双原子、多原子分子并不完全是刚性的，还 有振动自由度。但在常温下将其分子作为刚性处理， 能给出与实验大致相符的结果，因此可以不考虑分子 内部的振动，认为分子都是刚性的。 二. 能量按自由度均分定理 理想气体分子的平均平动动能为 由于气体分子运动的无规则性，各自由度没有哪一个是特殊的，因此，可以认为气体分子的平均平动动能是平均分配在每一个平动自由度上的。 在温度为T 的平衡状态下，分子的每个自由度的平均动能均 为 。 这样的能量分配原则称为能量按自由度均分定理 (1) 能量按自由度均分是大量分子统计平均的结果，是分子 间的频繁碰撞而致。 说明 (2) 若某种气体分子具有t 个平动自由度和r 个转动自由度， s 个振动自由度， 则每个气体分子的平均总动能为 每个气体分子的平均势能为 ， 因此 每个气体分子的平均总能量为 气体分子的平均总动能等于气体分子的平均总能量。即为 对于刚性分子 三. 理想气体的内能 内能 气体中所有分子各种形式动能和分子内原子间振动势能的总和 理想气体的内能 · · 系统中与热现象有关的那部分能量 1mol 理想气体的内能为 每个气体分子的平均总能量为 νmol 理想气体的内能为 说明 一定质量的理想气体内能完全取决于分子运动的自由度数 和气体的温度，而与气体的体积和压强无关。对于给定气 体，i 是确定的，所以其内能就只与温度有关，这与宏观 的实验观测结果是一致的。 四. 理想气体的摩尔热容 理想气体的定体摩尔热容为 理想气体的定压摩尔热容为 比热容比为 1mol 理想气体的内能变化为 νmol 理想气体的内能变化为 一容器内某理想气体的温度为273K，密度为ρ= 1.25 g/m3， 压强为 p = 1.0×10-3 atm (1) 气体的摩尔质量，是何种气体？ (2) 气体分子的平均平动动能和平均转动动能？ (3) 单位体积内气体分子的总平动动能？ (4) 设该气体有0.3 mol，气体的内能？ 解 例 求 由结果可知，这是N2 或CO 气体。 (1) 由 ，有 (2) 平均平动动能和平均转动动能为 (3) 单位体积内气体分子的