[物理]分子运动论.ppt

* 一、热学的研究对象 热现象与热运动，以及热运动与其它运动形式之间相互转换所遵循的规律。 热运动是热现象的微观本质， 热现象是热运动的宏观表现． 二、热学的主要内容： 第二篇 热学 （微观角度，统计原理） （能量角度） 分子物理学 宏观量与微观量的关系 热力学 热功转换的关系及条件 基本内容： 理想气体状态方程 压强和温度的微观解释； 能量按自由度均分原理，理想气体的内能； 麦克斯韦速率分布律； 第六章 分子物理学 1．宏观物体是由大量的粒子（分子或原子）组成，粒子间有空隙 (大的分子其直径约为10-7m，小的如氧分子的直径3×10-10m) §6.1 分子物理学的基本概念 （扩散现象，布朗运动） 2．物体内的分子在永不停息地作无规则的运动。 3．分子之间有相互作用力 r 斥力 r0 O 为什么固体和液体不易压缩？ 一、气体分子运动论 二、几组概念： 1、系统与外界 2、平衡态，准静态过程 若无外界影响，系统的宏观性质将在长时间内保持不变，这种状态称为平衡态。 系统从一个状态经过一系列中间状态变到另一个状态，这叫状态变化过程，简称过程。如果这其中经过的所有中间状态都无限接近平衡状态，则称这种过程为准静态过程，也叫平衡过程。平衡过程是无限缓慢地进行的极限过程。 由大量的不断作无规则运动的分子所组成的宏观物质叫系统；在系统外部，与系统的状态及其变化直接有关的物体称为外界。 系统与外界的划分是相对的 三、气体的状态参量 单位：Pa （P、V、T） 1、体积(V):气体分子所能达到的空间，即容器的容积。 2、压强(P) 气体分子作用在容器器壁单位面积上的正压力，是大量气体分子对容器器壁碰撞的统计平均效果。 单位 热力学温度T 的单位：开尔文( K ) 3、温度(T) 物体的冷热程度，是气体分子热运动的剧烈程度的体现，是大量分子平均平动动能的量度。 标准状态 温度为0℃，压强为1atm，1mol气体的体积为22.4升 §6.2 理想气体状态方程 2、理想气体的微观模型 一、理想气体模型 1、理想气体：在任何情况下都服从玻意尔定律、查理定律以及盖-吕萨克定律的气体。 一般气体在压强不太大（与大气压比较），温度不太低（与室温比较）时都服从三条定律。 把气体看作是一群自由的、作无规则运动的弹性小球的集合。 （3）所有碰撞都是完全弹性的。 （2）分子间无相互作用力； （1）分子可视为质点； 二、理想气体状态方程 满足此物态方程的气体称为理想气体 式中Ｒ为摩尔气体常数，又称普适气体恒量，其值为： 1、理想气体状态方程 说明： (1)、当M，μ，P一定，则V∝T──等压变化； 当M，μ，V一定，则P∝T──等容变化； 当M，μ，T一定，则P反比V──等温变化。 (2)、适用的条件是气体处于平衡状态的理想气体，对于实际气体，用此式计算的结果与实验数值有偏差。 可得： 2、令： 气体分子数密度；而气体的密度ρ＝M/V ＝nm； Ｋ-玻尔兹曼恒量 3、混合理想气体的状态方程 道尔顿分压原理：混合气体的压强等于各组分的分压强之和。 令 混合理想气体的状态方程为： 例1：容器内有压强为 密度为 的某种气体，试分析该气体是那种气体？ 解：（注意温度要用热力学温标） 由 得 该气体是氢气。 例2、计算标准状态下，任何气体在1cm3体积中含有的分子数。 解：标准状态下， 一、理想气体的压强公式 1、理想体的统计假设 (1)、容器中任一位置处单位体积内的分子数ｎ不比其它位置占优势，即ｎ为恒量。 §6.3 压强和温度的统计意义 (2)、当气体处于平衡态时，其分子向各个方向运动的概率相等。 如气体在一个正方形体元中向六个方向运动的分子数各为1／6，在相互垂直的三个坐标轴上，分子速度在各个方向上的分量的平均值都相等，即 理解：“大量”分子，“平均”的意义！ 2、理想气体压强的统计意义 在x方向上，一个分子作用于 S1面碰撞前后其动量的改变量为： z i mv ix S1 x y mv ix a b c S2 该分子作用于S1面的冲量为: 分子对S1面连续两次碰撞所需时间为： 则单位时间内一个分子与S1面碰撞的次数为 一个分子单位时间内作用在S1面上的冲量为（一个分子对器壁S1面的平均冲力） : N个分子在x方向上作用在S1面的平均冲力为： N个分子作用在S1面的压强为： 由于： 所以： 压强公式 分子平均平动动能 说明： (3)、如果容器内装有混合气体，它们的分子数密度分别为n1，n2 ......，则混合气体的总压强为： (1)、该式将