热学二气体分子运动论的基本概念.pptVIP

§2.1 物质的微观模型 2、分子是不连续的，分子间存在间隙。 任何物体均可以被压缩：日常生活中的打气筒；钢瓶中的压缩气体，固体有10-6的压缩率； 2GPa的高压下，钢壁可以渗油； 不同液体混合后，总体积小于二者体积之和； 直接的观察证据：高分辨原子像 §2.1 物质的微观模型 分子作永不停息的无规则热运动，运动的剧烈程度与物体的温度有关。 扩散现象： 气态-不同比重的气体克服重力扩散 液态-墨水滴入清水中 固态-抛光的金属界面相互挤压后会发生界面扩散 分子的运动形态：布朗运动 分子热运动：一切热现象都是大量分子无规则热运动的宏观表现。 §2.1 物质的微观模型 4、分子间有相互作用力 铅球实验：分子间存在相互吸引力 固体和液体可以保持一定的体积而无法无限压缩：分子间还存在相互排斥力 气-液-固三态转变的微观解释：分子间相互吸引力与分子热运动的相互竞争 §2.1 物质的微观模型 物质的微观模型：一切宏观物体都是由大量分子组成的；所有的分子都处于永不停息的无规则热运动中；分子间存在相互作用力，趋于使分子聚集在一起形成规则的有序排列；而分子的无规则热运动倾向于破坏这种有序排列，使分子分散开来，充满整个空间。 除碰撞瞬间外，分子之间及分子与器壁之间的相互作用力可以忽略不计，不计分子所受的重力，分子做自由匀速直线运动。 分子之间及分子与器壁之间作完全弹性碰撞----动量守恒+动能守恒：没有能量损失，气体分子的动能不因碰撞而损失。 注：虽然理想气体是一种理想模型，但在常温和几个大气压下，一般认为可以满足上述三个条件。 思考题：怎样理解一个分子的平均平动动能？如果容器内仅有一个分子，能否根据此式计算它的动能？答：一个分子的平均平动动能是一个统计平均值，表示了在一定条件下，大量分子作无规则运动时，其中任意一个分子在任意时刻的平动动能无确定的数值，但在任意一段微观很长而宏观很短的时间内，每个分子的平均平动动能都是3/2kT。也可以说，大量分子在任一时刻的平动动能虽各不相同，但所有分子的平均平动动能总是3/2kT。容器内有一个分子，将不遵循大量分子无规则运动的统计规律，而遵守力学规律，这时温度没有意义，因而不能用w=3/2kT来计算它的动能。 4. 范德瓦耳斯方程的一般形式 例题：1、某种气体在 时，气体分子的方均根速率等于它在地球表面上的逃逸速率，（1） 求气体的分子量，并确定它是什么气体？（2）若使该气体分子的方均根速率等于它在月球表面上的逃逸速率，试求所需的温度。 三、分子的方均根速率 分子间的相互作用对气体宏观性质的影响 实际上，气体分子是由电子和带正电的原子核组成，它们之间存在着相互作用力，称为分子力。 对于分子力很难用简单的数学公式来描述。在分子运动论中，通常在实验基础上采用简化模型。 §2.9 分子间相互作用力 假定分子之间相互作用力为有心力，可用半经验 公式表示 （s?t) r ：两个分子的中心距离 ?、?、 s、t ：正数，由实验确定。 r? r0 —— 斥力 r? r0 —— 引力 r? R —— 几乎无相互作用 R称为分子力的有效作用距离 R= r0 ——无相互作用 r0称为平衡距离 有心力点模型 当两个分子彼此接近到r? r0时斥力迅速增大，阻止两个分子进一步靠近，宛如两个分子都是具有一定大小的球体。 有吸引力的刚球模型 可简化的认为，当两个分子的中心距离达到某一值d时，斥力变为无穷大，两个分子不可能无限接近，这相当于把分子设想为直径为d的刚球，d称为分子的有效直径。 D ~ 1010m R~几十倍或几百倍d r d 时分子间有吸引力 d 0 f R r §2.10 实际气体与范德瓦耳斯方程 (Real Gas and Van der Waals Equation 一、实际气体(Real Gas) 1、分子体积引起的修正 1mol理想气体的物态方程 pVm=RT 若将分子视为刚球，则每个分子的自由活动空间就不等于容器的体积，而应从Vm中减去一个修正值b。 理想气体物态方程应改为 P（Vm-b）=RT 可以证明 Vm是分子自由活动空间，理想气体分子是没有体积的质点，故Vm等于容器的体积。 Vm为气体所占容积，Vm-b为分子自由活动空间 d 设想：对任意一个分子而言，与它发生引力作用的分子，都处于以该分子中心为球心、以分子力作用半径 s 为半径的球体内。此球称为分子力作用球。 处于容器当中的分子? 周围的分子