十单元气体动理论1节.ppt

* 大学物理 山东省精品课程 山东轻工业学院 数理学院 * 第十章 气体动理论 10.1 分子运动的基本概念 10.2 气体分子的热运动 10.3 统计规律的特征 10.4 理想气体的压强公式 10.5 麦克斯韦速率分布定律 10.6 温度的微观本质 本章内容 * 10.7 能量按自由度均分原理 10.8 玻耳兹曼分布律 10.9 气体分子的平均自由程 10.10 气体内的迁移现象 10.11 热力学第二定律的统计意义 10.12 实际气体的性质 第十章 气体动理论 本章内容 * 教学基本要求 一、了解气体分子热运动的图像。理解平衡态、平衡过程、理想气体等概念。 二、理解理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观和微观两方面理解压强和温度的统计意义。 三、了解自由度概念，理解能量均分定理，会计算理想气体的内能。 * 教学基本要求 四、理解麦克斯韦速率分布律、 速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。会计算气体分子热运动的三种统计速度。 五、理解气体分子平均碰撞次数和平均自由程的概念和公式。 * 10.1 分子运动的基本概念 气体(理想气体) 研究对象 研究方法 用统计的方法，对由大量分子或原子组成的热力学系统从微观上进行研究，揭示宏观热现象的微观本质。 从物质的微观模型出发，应用力学规律和统计方法研究大量粒子热运动规律的微观理论,揭示粒子的微观运动与宏观热现象之间的深刻联系。 * 分子运动的基本观点: 1. 宏观物体由大量粒子（分子、原子等）组成。 2. 分子在永不停息地作无序热运动。 ( 布朗运动 ) * 不同结构的分子其尺度不一样。 例如标准状态氧分子 直径 阿伏伽德罗常数 1mol物质含有的分子个数。 分子有单原子分子、双原子分子、多原子分子和千万个原子构成的高分子。 * 3. 分子间存在相互作用力 。 分子力与分子间距离的关系 f ( r ) r0 ~10-9 m r/m o 合力 引力 斥力 当 时, 当 r r0 时, 分子力主要表现为斥力；当r r0 时, 分子力主要表现为引力。 r0 — 平衡位置 一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。 * 10.2 气体分子的热运动 一、气体分子运动的规律 2. 气体分子间的相互碰撞是非常频繁的。大量分子都在不停地作无规热运动, 在常温常压情况下, 一个气体分子在 1s 的时间里大约经历10 亿次碰撞, 每个分子的运动状态都有一定的偶然性。 1. 气体中分子间的距离相对较大，分子之间、分子与器壁之间产生瞬间碰撞，分子在两次碰撞之间的运动可以看作是在惯性支配下的自由运动。 分子运动是无序的。 * 通过对大量分子运动状态的观察，发现有一定的规律性。例如，在平衡态时，容器内各处的温度、密度和压强都是均匀分布。这表明，在大量的偶然、无序的分子运动中包含一种规律性，称为统计规律性。 把所有分子按速度分组 二、 气体分子运动服从统计平均值 * 1. 分子速度分量 vx 的统计平均值 + + + + 所有分子vx之代数和 总分子数 * 气体在平衡状态时，分子沿各方向运动的概率相等，故 速度等于三个分量的平方和 2. 速度分量vx、 v y、vz平方的平均 * 同乘以 ?Ni，同除以 N，求和 = + + 平衡状态时，气体分子沿各方向运动的概率相等，则 * 10.3 统计规律的特征 伽耳顿板实验 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 若无小钉：必然事件 若有小钉：偶然事件