大学物理学第05章_气体动理论.ppt

3. 三个统计速率 麦克斯韦 Maxwell，James Clerk (1831～1879) 英国物理学家。经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。1831 年 6月13日生于爱丁堡，1879 年11月5日卒于剑桥。1847～1850 年在爱丁堡大学学习，1850 ～1854年入剑桥三一学院攻读数学。1856～1860年担任阿伯丁郡的马里查尔学院教授。1860～1865年在伦敦皇家学院执教，并从事气体运动理论的研究 。 1860 年为英国皇家学会会员。1871年任剑桥大学教授，创建并领导了英国第一个专门的物理实验室 卡文迪什实验室 。麦克斯韦的主要贡献是创立了经典电动力学。他发展了M.法拉第关于电、磁相互作用必须通过中间媒质的思想，并把这种中间媒质称为以太 (后来研究表明，不存在所谓的以太，这种中间媒质实际上是电磁场)，并在此基础上提出了位移电流的概念 。 麦克斯韦研究了法拉第的电磁场设想，于1864年发表了《电磁场动力学理论》，提出包括偏微分方程的麦克斯韦方程组，概括了当时已知的关于电磁现象的一切实验结果，从而创立了经典电动力学。他根据这一理论得出结论：存在着电磁波；电磁波在真空中传播的速度等于光速；光的本质是电磁波；电磁波会产生压力等 。 麦克斯韦在这一期间的著作还有 1855～1856年发表的《论法拉第力线 》、1861～1862 年发表的《论物理力线》、1873年发表的《电学和磁学论》等。1868年继W.韦伯等之后，他以更高的精确度测定了电荷的静电单位对电磁单位的比值，并证实了它就等于光速。麦克斯韦在气体运动理论、光学、热力学和弹性理论方面也作出了重要贡献 ，1860年得出了理想气体分子按速度的统计分布律，计算了分子的自由程。他在1861年提出，彩色是由红、绿、蓝三基色组成的，他还是第一批彩色照片的制作者之一。1873～1874年他发现了双折光现象。 作业： 10-6、10-7 1.理想气体的压强 1.1 气体压强的微观机制： 　　压强是大量分子对容器壁发生碰撞， 从而对容器壁产生冲力的宏观效果。 1.2 理想气体的压强公式 dS vi m0vi? vixdt m0vi x x 2.理想气体的温度 2.1 理想气体状态方程另一种形式 2.2 理想气体的温度 结论：气体的温度是气体分子平均平动动能的量度，是大量气体分子热运动的一种宏观表现。 1．自由度 1.2 自由度的概念：决定一个物体在空间的位置所需的独立坐标数称为该物体的自由度数。 ?质点：i=3：P(x,y,z) 刚体：i=6： C ? x z y O A 1.2 刚性分子的自由度数 非刚性分子：i = t + r + s 单原子分子 单原子分子 多原子分子 2．能量均分定理 例： 能量均分定理来自气体分子热运动的混沌性。 处于温度为T的平衡态的气体中，分子热运动的动能平均地分配在每一自由度上，分子沿每一自由度运动的平均动能均等于kT/2 推论：刚性分子的平均动能： 3．理想气体内能 3.1 内能：系统内分子的热运动动能与分子间相互作用势能的和。 3.2 理想气体的内能：系统内所有分子热运动能量的和。常温下理想气体内能 　　能量均分定理是经典统计的结果，高温下与实验符合较好，但在低温下于实际存在较大偏差。 4．能量均分定理的局限 * * 研究一个与温度有关的各种宏观现象——热现象，以及这些现象的微观机制。 1．热学的研究对象 2.3 宏观与微观的关系：微观粒子的热运动与系统的各种宏观热现象之间存在着内在的联系。宏观量等于微观量的统计平均值。 2.宏观与微观 2.1 宏观现象与宏观量：宏观现象即一个系统所表现出来的各种物理性质以及这些性质的变化规律。描述一个系统宏观性质的物理量称为宏观量。例：P、V、T、E、C等。 2.2 微观运动与微观量：微观运动即系统内部的微观粒子的热运动。描述微观粒子热运动的物理量称为微观量。例：m、v、? 等。 3．热学的两种研究方法 宏观方法：把系统看成一个整体，从基本的热力学定律（这些定律是从观察、实验中总结出来的）出发，通过严密的逻辑推理的方法研究系统的各种宏观性质及其变化规律——热力学。 微观方法：依据微观粒子热运动所满足的力学定律，通过统计的方法研究系统的宏观性质，并揭示各种热现象的本质——统计物理学。 §5-1 平衡态 状态参量 状态方程 §5-2 气体分子热运动及其统计规律 §5-3 麦克斯韦速率分布 §5-4 理想气体的压强与温度 §5-5 能量均分定理 理想气体的内能 §5-6 分子的平均碰撞频率和平均自由程 §5-7 输运现象 1.热力学系统 把研究的对象视为一个系统，称为热力学系统，而系统以外的部分则称为外界。