分子动理论基础.ppt

第三章气体动理论 3– 1 分子运动论的基本概念 物理学的第三次大综合 物理学的第三次大综合是从热学开始的，涉及到宏观与微观两个层次 . 宏观理论热力学的两大基本定律: 第一定律, 即能量守恒定律; 第二定律, 即熵增加定律 . 科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律, 气体分子动理论应运而生 . 玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学 . 热力学与统计物理的发展, 加强了物理学与化学的联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 . 研究对象 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。 单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 研究对象特征 整体（大量分子）— 服从统计规律 . 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 . 宏观量 微观量 统计平均 研究方法 1. 热力学 —— 宏观描述 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，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； 3）应用宏观参量 . 特点 2. 气体动理论 —— 微观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，对微观结构提出模型、假设, 应用统计方法 ,得出热现象规律。 两种方法的关系 气体动理论 热力学 相辅相成 1）揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 . 特点 热力学是研究物质热运动的宏观理论。从基本实验定律出发，通过逻辑推理和数学演绎，找出物质各种宏观性质的关系，得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论。具有高度的普适性与可靠性。但因不涉及物质的微观结构，而将物质视为连续体，故不能解释物质宏观性质的涨落。 统计物理学是研究物质热运动的微观理论。从物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发，运用统计方法，把物质的宏观性质作为大量微观粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与微观量的关系，进而解释物质的宏观性质。在对物质微观模型进行简化假设后，应用统计物理可求出具体物质的特性；还可应用到比热力学更为广阔的领域，如解释涨落现象。  每个微观粒子遵循的力学 定律+统计方法 宏观规律 热学 大量实验的总结 热力学 热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 统计力学 （气体动理论） 经典统计力学 量子统计力学 3-0 气体物态参量 平衡态 理想气体物态方程 一、气体物态参量 1、系统与外界 热力学系统（简称系统） 在热力学中，把所要研究的对象，即由大量微观粒子组成的物体或物体系称为热力学系统。 系统的外界（简称外界） 能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体，称为外界。 围绕热力学系统的外界称为环境。 孤立系统 封闭系统 开放系统 2、气体的物态参量 把用来描述系统宏观状态的物理量称为状态参量。 气体的宏观状态可以用V、P、T 描述 体积V—— 几何参量 压强p——力学参量 温度T——热力学参量 3、说明 (1)气体的p、V、T 是描述大量分子热运动集体特征的物理量，是宏观量，而气体分子的质量、速度等是描述个别分子运动的物理量，是微观量。 (2) 根据系统的性质，可能还需要引入化学参量、电磁参量等。 二、p 、V、T 的单位 1、气体的体积V 气体的体积V是指气体分子无规则热运动所能到达的空间。对于密闭容器中的气体，容器的体积就是气体的体积。 单位：m3 2、压强p 压强P是大量分子与容器壁相碰撞而产生的，它等于容器壁上单位面积所受到的正压力。 p=F/S 单位： 1Pa=1N.m-2 标准大气压 1atm=76cm.Hg=1.013×105Pa 3、温度T 温度的高低反映分子热运动激烈程度。 (1)热力学温标T，单位：K (2)摄氏温标t ，单位：0C 00C——水的三相点温度 1000C——水的沸腾点温度 (3)华氏温标F， 单位0F 320F ——水的三相点温度 2120F——水的沸腾点温度 关系： T=273.15+t F=9t/5+32 三、平衡态 一个系统与外界之间没有能量和物质的传递，系统的能量也没有转化为其它形式的能量，系统的组成及其质量均不随时间而变化，这样的状态叫做热力学平衡态。 1、定义 2、说明 （1）平衡态是一个理想状态； （2）平衡态是一种动态平衡； （3）对