哈工大—大学物理—第15章 气体动理论.ppt

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哈工大—大学物理—第15章 气体动理论

* 15.1 气体动理论的基本观点 第15章 气体动理论 宏观物体是由大量的微观粒子——分子(原子)所组成的 2. 一切宏观物体内的大量分子都在作永不停息的无规则运动。 热运动 3. 分子之间存在着相互作用力 合力 斥力 引力 O 理想气体分子微观模型 1.忽略分子的大小—质点模型,单个分子按经典力学规律运动 2.完全弹性碰撞。除碰撞瞬间,分子运动是自由的 * 15.2 气体分子热运动及其统计规律 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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) 统计规律 ---大量偶然(随机)事件整体所遵从的规律. 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: 对随机现象进行实验观测时,某一随机事件A出现的可能性。 概率 实验总次数 事件A出现的次数 例如在测量大量气体分子对器壁的冲击力 F 时,如测1000次 则可能出现 F1 = 0.90 N1 = 10 次 F2 = 0.95 N2 = 90 次 F3 = 1.00 N3 = 80 次 F4 = 1.05 N4 = 90 次 若用Pi表示测量Ni次出现的概率 则 权重 平均值: 1.无外场时,分子在空间均匀分布 3.分子速度方向的分布是均匀的,没有择优方向; 任一时刻,朝各个方向运动的平均分子数都相等 2.除了相互碰撞,忽略其他相互作用,分子的速率和位置是相互独立的 空间分布等概率 速率分布等概率 速度取向等概率 等概率假设: 平衡态下的理想气体分子,处在各种可能的微观状态下的概率相等。 如果可能微观态总数为 W , 则系统的任意微观态出现的概率均为 1/W ,即: * 15.3 气体分子的速率分布 先考虑粒子出现在 的概率 表示坐标x 附近 dx 间隔内粒子数dNx占总粒子数 N 的百分比 研究加尔顿板实验中,粒子分布的概率 统计分布的基本方法 坐标分布 速率分布 能量分布 分间隔 * 与v和dv有关 1.分间隔 2.概率 = 只与速率v有关,即只是v的函数 3.分子速率分布函数 用dv去除 得到 一、速率分布曲线 表示分子速率在v值附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,也可表示任何一个分子速率在v值附近单位速率区间内出现的概率。 o 表示分子速率在 v~v+dv 区间内的分子数占总分子数的百分比或出现的概率 二、麦克斯韦速率分布律 概率密度 * 在温度为T 的平衡态下,理想气体分子速率在v值附近单位速率区间内出现的概率。 0 v f(v) 麦克斯韦速率分布函数 满足归-化条件 讨论: (1) f (v)曲线下面积的物理意义 v1?v2 区间的面积: v~v+dv 寛度为dv 的窄条面积: v2 v1 曲线下总面积: * (3) 最概然速率(最可几速率) --- f(v)—v曲线极大值所对应的速率 vp vp 的物理意义: vp 附近概率密度最大 (同样速率间隔dv, 速率在 vp -- vp+ dv 的分子数最多) 由 及 (2) 由 同理, vp f (vp) v v2 v~v+dv o f (v) v1 * 三、分子速率的统计平均 平均速率 方均根速率 最概然速率 vp f (vp) v o f (v) * * 讨论: 1. 对同一种气体, 三种分布均与 成正比; 温度越高,分子各种速率均增加,曲线峰值右移。 vp v o f (v) 2. 同一温度下,三种分布均与 反比。 分子质量越小,速率越大,分布曲线峰值右移。 v f(v) 273K O2 T2=273K T1=73K O2 v f(v) 0 0 H2 * 15.4 气体分子平均碰撞频率和的平均自由程 分子热运动? 踫撞示意图 一、分子平均踫撞频率 分子平均踫撞频率 在时间?t内分子走过的路程 相应圆柱体的体积为 设分子密度为n,则碰撞次数为 A B ? d d

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