河南理工大学物理课件清华大学出版社大学物理第5章.ppt

第5章 气体动力学 【学习目标】 了解气体分子热运动的图像，理解平衡态、理想气体等概念。 熟练掌握理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观以及微观两方面理解压强和温度的统计意义。 掌握分子自由度的概念，理解能量均分定理，会计算理想气体的内能。 理解麦克斯韦速率分布律、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。 掌握气体分子热运动的3种统计速度的概念，并学会计算。 掌握气体分子平均自由程和平均碰撞次数的概念以及公式。 5.1 热运动的描述 理想气体的状态方程 5.2 分子热运动的统计规律性 5.3 压强公式 压强的统计意义 5.4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 5.5 能量均分定理 理想气体的内能 5.6 气体分子的速率分布 5.7 玻尔兹曼能量分布定律 *重力场中的等温气压公式 5.8 分子碰撞 平均自由程 5.9 *气体的运输现象 5.10 *实际气体的范德瓦耳斯方程 5.1 热运动的描述 理想气体的状态方程 本节介绍气体状态的一些概念以及理想气体状态方程。 5.1.1 气体的状态参量 5.1.2 平衡态 准静态过程 5.1.3 理想气体的状态方程 5.1.1 气体的状态参量 气体的状态参量:气体的体积、压强和温度。 气体的体积指的是盛装气体的容器的体积，即气体分子所能达到的空间。 气体的压强指的是气体作用于容器壁，容器壁上单位面积所受到的力。 气体的温度是物质内部分子运动剧烈程度的宏观表征，可以用温度来描述物体的冷热程度。 5.1.2 平衡态 准静态过程 一定量的气体，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态。 平衡态只是一个理想状态，是一定条件下对实际状态的近似。 热力学中的平衡态实际上是一种热动平衡。 5.1.3 理想气体的状态方程 5.2 分子热运动的统计规律性 气体在平衡态时，分子热运动满足下面的统计假设。 （1）容器内气体的分子数密度n处处相同。 （2）分子沿各个方向运动的机会是相等的，在任何 一个方向的运动并不比其他方向占有优势。 （3）分子速度在各个方向上的分量的各种统计平均值相等。 5.3 压强公式 压强的统计意义 本节介绍理想气体的微观模型以及压强公式。 5.3.1 理想气体的微观模型 5.3.2 理想气体的压强公式及统计意义 5.3.1 理想气体的微观模型 （1）分子可视为质点。 （2）除碰撞瞬间，分子间的相互作用力和分子与器 壁之间的相互作用力可忽略不计。在两次碰撞之间， 分子的运动可以视为匀速直线运动。 （3）发生的碰撞均为完全弹性碰撞，气体分子的动 能不因碰撞而损失。 （4）单个分子的运动服从经典力学的规律。若没有 特别强调，不计分子的重力。 5.3.2 理想气体的压强公式及统计意义 5.4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 5.5 能量均分定理 理想气体的内能 本节介绍分子自由度和理想气体的内能。 5.5.1 分子的自由度 5.5.2 能量按自由度均分定理 5.5.3 理想气体的内能 5.5.1 分子的自由度 把完全确定一个物体空间位置所需的独立坐标数 目，称为该物体的自由度。 单原子分子有3个自由度。 刚性双原子分子有5个自由度。 刚性多原子分子有6个自由度。 5.5.2 能量按自由度均分定理 5.5.3 理想气体的内能 5.6 气体分子的速率分布 本节介绍气体分子的速率分布规律。 5.6.1 速率分布曲线 5.6.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 5.6.3 三种统计速率 5.6.1 速率分布曲线 5.6.2 麦克斯韦气体分子速率分布律 5.6.3 三种统计速率 5.7 玻尔兹曼能量分布定律 *重力场中的等温气压公式 本节介绍波尔兹曼能量分布定律和重力场中的等温气压公式。 5.7.1 玻尔兹曼能量分布律 5.7.2 重力场中的等温气压公式 5.7.1 玻尔兹曼能量分布律 5.7.2 重力场中的等温气压公式 5.8 分子碰撞 平均自由程 一个气体分子在连续两次碰撞之间所经过的自由路程的平均值称为平均自由程。 一个分子在单位时间内与其他分子相碰的次数，称为平均碰撞频率，也叫做平均碰撞次数。 5.9 *气体的运输现象 本节介绍气体运输过程中的现象。 5.9.1 粘滞现象 5.9.2 热传导现象 5.9.3 扩散现象 5.9.1 粘滞现象 在流动的气体中，若各气层的流速不同，则相邻气层的接触面上就会出现形成一对阻碍两气层相对运动的等值而反向的摩擦力，这种力称为内摩擦力，又称为粘滞力。它是气体内