[工学]z热学第20章1.ppt

* 热 学 热学 研究热现象规律的科学 热现象 一切与温度有关的现象（宏观） 大量微观粒子无规则的运动（微观） 研究热现象规律有两种方法 热力学 统计力学 热力学： 以大量实验为基础研究宏观热现象规律 统计力学： 从物质的微观结构出发， 以每一个微观粒子 遵循的力学规律为基础， 利用统计规律来导出 宏观的热学规律。 理想气体状态方程 理想气体、平衡态 理想气体状态方程另一种表达式： 理想气体过程方程 等温过程： 等压过程： 等容过程： 例：估算标准状态下理想气体分子之间的平均距离。 解：由 得 分子之间平均距离为： 空气分子的直径： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??????? 第20章 统计物理学基础 20.1统计规律和概率理论 20.1.1. 伽尔顿板实验 --- 大量偶然事件整体所遵从的规律. 加尔顿板实验: 单个粒子运动----偶然事件 (落入那个槽) 大量粒子运动-----统计规律(粒子在槽中的分布) 单个粒子遵循牛顿定律; 大量粒子遵从统计规律 -- 牛顿运动定律无法说明 统计规律特点: (2) 是与单个粒子遵循的动力学规律有本质区别的新规律. (3) 与系统所处宏观条件有关. (4) 存在起伏(涨落) . 1. 概率的定义 实验总观测次数为N ,其中出现结果 A 的次数为 NA 事件A 出现的概率 (1) 对大量偶然事件有效, 对少量事件不适用。 不矛盾 20.1.2、概率的基本性质 2. 概率的基本性质 (1) W=0为不可能事件; W=1为必然事件. (2) A,B为互斥事件,不可能同时出现,则出现A或B的总概率: --- 概率叠加原理 (4)归一化条件: 对所有可能发生的事件的概率之和必定为1. 或 (3) J,K为相容事件(可同时出现 ），则同时发生J和K的概率. ---- 概率乘法定理 3、概率分布 随机变量 连续型随机变量 x f 随机事件的数值化。让每一个随机事件A都惟一地与一个实数值xA对应， xA称为随机变量。 离散型随机变量 概率密度 2.统计平均值 离散型随机变量 连续型随机变量 统计涨落 相对涨落 20.2.1 宏观量与微观量 1）热学的研究对象： 大量微观粒子组成的宏观体系 热力学系统 或简称系统 20.2 理想气体压强 2）系统的外界（简称外界） 能够与所研究的系统发生相互作用的其它物体。 宏观量: 系统处于平衡态时,系统的宏观量具有稳定值, 而单个粒子的微观量在不断变化. 如: 气体的 V, P, T... 描述系统整体特征的物理量. 微观量: 如: 粒子的 系统中描述单个粒子特征的物理量. 宏观状态参量 3） 宏观量与微观量 20.2.2. 平衡态与非平衡态 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观 性质不再随时间变化，此系统处于热力学平衡态。 平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。 例：理想气体绝热自由膨胀。 · · · · · · 真空 平衡态 注： 1）一个孤立系统总是处于平衡态。 2）平衡态实质上只是一种热动平衡。 非平衡态 3 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，仅由于分子热运动使气体内 各部分达到: 密度?、温度 T、压强 P 均匀的状态。 理想状态 平衡态 平衡态是概率最大的状态 a b c d 4个可分辨热运动粒子，在等容体A,B两室中： （中间隔板打开） A B A B a b c d a b c d a b d c a c d b b c d a a b c d a c b d b c a d a b c d a c b c b d a d a b c a b d a c d b c d d c b a a b c d 1, p=1/16=6.25% 4, p=4/16=25% 6, p=37.5% 4, p=25% 1, p=6.25% (平衡态概率最大) 一摩尔气体分子数 1.宏观物体是由大量的微观粒子— 分子(原子)组成的 2.分子在永不停息地做无序热运动 3.物质的分子存在相互作用力 理想气体的微观模型 20.2.3、理想气体的压强 (1)气体分子看成质点 (2)除碰撞力外,忽略其它力 (3)完全弹性碰