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大学物理-热学基础
分布函数的曲线特征及意义 1)分子速率在0-∞内各种可能值,但所占比率不同,具有中等速率的分子数所占比率较大,两边的分子数所占百分比较小。 归一化条件: 2)曲线下所包围的面积为1-分布函数归一化。 3)最概然速率(最可几速率)-分布曲线的峰值所对应的速率。 3)最概然速率(最可几速率)-分布曲线的峰值所对应的速率。 物理意义:在温度为T的平衡态下,在 附近的单位速率间隔内的分子数占总分子数的百分比最大。 4) 的关系 10 不同温度下的同种气体 随着温度的升高, 曲线渐趋平坦:原因? 20 同温度下的不同种气体 思考: 物理上的原因是什么? 四 三种统计速率 1)最概然速率 气体在一定温度下分布在最概然速率 附近单位速率间隔内的相对分子数最多 . 物理意义 提问:一个分子具有最概然速率的概率是多少? 2)平均速率 任意函数?(v)对全体分子按速率分布的平均值: 例: 各方向运动概率均等 方向速度平方的平均值 各方向运动概率均等 2)分子各方向运动概率均等 分子运动速度 分子施于器壁的冲量 单个分子单位时间施于器壁的冲量 x方向动量变化 两次碰撞间隔时间 单位时间碰撞次数 单个分子遵循力学规律 单位时间 N 个粒子对器壁总冲量 大量分子总效应 单个分子单位时间施于器壁的冲量 器壁 所受平均冲力 气体压强 统计规律 分子平均平动动能 器壁 所受平均冲力 统计关系式 压强的物理意义 宏观可测量量 微观量的统计平均值 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 . 分子平均平动动能 玻尔兹曼常数 宏观可测量 理想气体压强公式 理想气体状态方程 微观量的统计平均值 分子平均平动动能 三 理想气体温度公式 温度 T 的物理意义 3)在同一温度下,各种气体分子平均平动动能均相等。 热运动与宏观运动的区别:温度所反映的是分子的无规则运动,它和物体的整体运动无关,物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现. 1) 温度是分子平均平动动能的量度 (反映热运动的剧烈程度). 注意 2)温度是大量分子的集体表现,谈论个别分子的温度无意义. 方均根速率 : -方均根速率, root mean square speed (A)温度相同、压强相同。 (B)温度、压强都不同。 (C)温度相同,但氦气的压强大于氮气的压强. (D)温度相同,但氦气的压强小于氮气的压强. 解 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同,分子平均平动动能相同,而且它们都处于平衡状态,则它们 讨 论 例6-2 理想气体体积为 V ,压强为 p ,温度为 T ,一个分子 的质量为 m ,k 为玻尔兹曼常量,R 为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为: (A) (B) (C) (D) 解 例6-3 P=1atm,T=300 K氧气,求(1) 1m3中有多少个分子;(2) 氧气的质量密度;(3)每个氧气分子的质量;(4) 1m3中分子的总平均平动动能;(5)分子间距 。 解:系统是平衡态,满足 引言:前面我们研究气体动能时把分子看作弹性小球的集合,人们发现用这一模型去研究单原子气体问题时,理论与实际吻合得很好,但是用这一模型去研究多原子分子时,理论值与实验值相差甚远。1857年克劳修斯提出:要修改模型。即不能将所有分子都看成质点,对结构复杂的分子,我们不但要考虑其平动,而且还要考虑分子的转动、振动等。 §6-4 能量均分定理 理想气体的内能 下面我们来考察包括平动、转动、乃至包括振动在内的理想气体能量。 一 自由度 1 何谓自由度---决定物体空间位置的独立坐 标数目。 举例:?质点在三维空间运动。 ?刚体(既有平动又有转动) 决定质心--X、Y、Z 决定转轴 但: 确定角位置 确定一个刚体位置要三个平动自由度、 三个转动自由度共计六个自由度 X Y Z A B C 三个独立坐标。 注意:独立坐标是指物体能自由运动的情形,当物体运动受到一定的限制或约束时,自由度减少。 例:质点限制在某一平面内运动(如图) X Y Z (多了一个方程) 若质点沿已知曲线C运动 X Y (用一个自然坐标) 有固定轴的门--因转轴 固定,质心相对门的位 置固定,所以 2 气体分子的自由度 ?理想气体的刚性分子 A:单原子分子----3个自由度 B:双原子分子 决定质心
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