第4章_1 气体动理论 2014.3.31.ppt

第四章 气 体 动 理 论 热学是研究与热现象有关的规律的科学。 热运动 :构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止 的无规运动 . 热现象 :与温度有关的物理性质的变化,是物质中大量分子热运动的集体表现。 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直 接测量）,如 等 . 微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），如分子的 等 . 研究对象特征 单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 整体（大量分子）— 服从统计规律 . 研究方法 1. 热力学 —— 宏观方法 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，运用逻辑推理(运用数学)分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 . 1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然，未揭示微观本质； 3）应用宏观参量(P V T) . 特点 2.气体动理论 —— 微观方法 根据物质的微观结构和热运动的特点，应用模型假设和统计方法 ，研究大量粒子的热运动规律。 两种方法的关系 气体动理论 热力学 相辅相成 揭示宏观现象的本质 特点 气体动理论的研究内容：以气体为研究对象，从分子热运动的观点出发，用统计的方法来研究大量气体分子热运动的规律，从而找出微观量和宏观量之间的关系。 3、状态参量：一定质量（质量M、 摩尔质量 ）的气体，其状态可用气体体积V、压强P、温度T表述。V、P、T叫气体的状态参量。 一、 状态参量 平衡态 4.1 理想气体的压强和温度 1、热力学系统：热学中所研究的对象（由大量原子、分子构成、能为我们的感官所觉察的物体）称为热力学系统，简称系统（也称体系或工作物质）。 2、外界：在系统以外与系统密切相关、影响所及的部分称为外界（也称环境）。 气体压强 ：作用于容器壁上单位面积的正压力，是大量气体分子与器壁碰撞的宏观表现（力学描述）. 单位： Pa(SI)、mmHg、atm 等 体积 :气体所能达到的最大空间（几何描述）. 单位： (SI)、升( l ) 标准大气压： 纬度海平面处, 时的大气压. 温度 :气体冷热程度的量度（热学描述）. 温度T 表征物体冷热程度的物理量，本质上反映物质内部分子运动的剧烈程度。 温标 温度的数值表示方法(thermometric scale) 热力学温标 T(SI) 单位：开尔文(K) (Kelvin’s) 摄氏温标 t 单位：℃ (Celsius’s ) 华氏温标 tF 单位：oF (Fahrenheit’s) 平衡态是一个理想化状态，我们主要研究系统平衡态时的热学规律。 4、平衡态（又称热动平衡态，是一种理想状态） 一定质量的气体与外界无能量交换,内部无化学反应、核反应等形式的能量转换，仅由于分子热运动 使气体内各部分达到：密度 ? 均匀、温度 T 均匀、压强 P 均匀的状态,亦即在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为平衡态。 在这过程中，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。 又如敞开的盛水容器，水不断地蒸发(平衡态？);但将容器盖上，经一段时间后，水蒸汽达到饱和状态。之后，无外界影响状态历久不变。 设一容器，用隔板将其隔开当隔板右移时，分子向右边扩散 例 注意：1）无外界影响是指没有热量的传递及外 界对系统作功。 2）平衡态是宏观性质不发生变化的状态， 但从微观上看，分子仍作无规的热运动，故称 热动平衡。 3）只有系统处于平衡态，才可以用确定的状态参量来描述其宏观状态。例如 4）平衡态是一个理想的状态。因为变化是绝对的，实际中没有绝对历久不变的状态。 二、 理想气体模型（理想模型） 理想气体的模型是： ?分子本身的线度??分子之间的距离，以至可 以忽略，可视为质点，分子运动遵守经典力 学规律； ?除碰撞的一瞬间（10-8秒）分子与分子、分 子与器壁之间无相互作用； ?分子之间及与器壁的碰撞是完全弹性碰撞；只改变方向，不改变动能。 结论：理想气体的模型是：自由地无规则运动 的弹性小球的集合。 在压强不太大、温度不太低的情况下，实际气体可近似看作理想气体． 三、理想气体状态方程 波--马定律 盖吕萨克定律 查理定律 1）三条实验定律： V p O 2）理想气体状态方程（门捷列夫--克拉伯龙方程） 理想气体在任何情况下