热学部分基础1.doc

分子运动论、热和功、气体的性质 一、分子动理论 1．分子动理论基本内容： 物体是由大量分子组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用力。 2．物质是由大量分子组成的 这里的分子是指构成物质的单元，即具有各种物质化学性质的最小微粒；可以是原子、离子，也可以是分子。在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。 （1）分子的大小：分子直径数量级为10－10m；可用“油膜法”测定。分子质量的数量级是10-27—10-26kg 油膜法具体做法是将油酸用酒精稀释后滴加在水面上，油酸在水面上散开，其中酒精溶于水中，并很快挥发，在水面上形成一层纯油酸膜，由于油酸分子的部分原子与水有很强的亲合力，这样就形成了紧密排列的单分子层油膜。根据稀释前油酸的体积V和薄膜的面积S即可算出油酸薄的厚度=V/S，L即为分子的直径。用此方法得出的油酸分子的直径数量级是10-10m。rr0时表现为斥力； ②r= r0时分子力为零； ③r r0时表现为引力； ④r10 r0以后,分子力变得十分微弱,可以忽略不计。此时的气体看成理想气体。 (3)从本质上来说，分子力是电场力的表现。因为分子是由原子组成的，原子内有带正电的原子核和带负电的电子，分子间复杂的作用力就是由这些带电粒子间的相互作用而引起的。（也就是说分子力的本质是四种基本基本相互作用中的电磁相互作用）。 规律方法 1．对微观量的估算 首先要建立微观模型．对液体、固体来说，微观模型是分子紧密排列，将物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子，若把分子看作小立方体，则每一等份就是一个小立方体．若把分子看成小球，则每一等份就是一个小球．可以估算出分子的体积和分子的直径． 气体分子不是紧密排列的，所以上述微观模型对气体不适用，但上述微观模型可用来求气体分子间的距离．例如l mol任何气体，在标准状态下的体积是22．4×10－3m3，将其分成NA个小立方体，每个小立方体中装一个气体分子，则小立方体的边长就是分子间的距离． 阿伏加德罗常数NA=6.02×1023 mol-1是联系微观世界和宏观世界的桥梁.具体表现在： （1）固体、液体分子微观量的估算 ①分子数N=nNA=NA=NA. ②分子质量的估算方法：每个分子的质量为m1=. ③分子体积（分子所占空间）的估算方法：每个分子的体积（分子所占空间）V1=.其中ρ为固体、液体的密度. ④分子直径的估算方法：把固体、液体分子看成球形，则分子直径d=；把固体、液体分子看成立方体，则d=. （2）气体分子微观量的估算方法 ①摩尔数n=，V为气体在标况下的体积. ②分子间距的估算方法：设想气体分子均匀分布，每个分子占据一定的体积.假设为立方体,分子位于每个立方体的中心，每个小立方体的边长就是分子间距；假设气体分子占有的体积为球体，分子位于球体的球心，则分子间距离等于每个球体的直径. 注意：同质量的同一气体，在不同状态下的体积有很大差别，不像液体、固体体积差别不大，所以求气体分子间的距离应说明实际状态． 2、布朗运动问题 3．分子力问题 二、内能 1．分子的平均动能(温度) 物体内分子动能的平均值叫做分子的平均动能．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子运动越剧烈，分子的平均动能就越大．对个别分子讲温度无意义，也就是说，温度越高，并不是每个分子的动能都越大． 2．分子的势能(体积) 由分子间的相对位置所决定的势能，叫做分子势能，分子势能的大小与物体的体积有关． 当分子间的距离小于r0时，随着分子间的距离的减小，分子势能增加． 当分子间距离大于r0时，随着分子间距离的增大，分子势能也增大． 当分子间距离等于r0时，分子势能最小． 从宏观的角度讲，分子势能与体积有关，从微观的角度讲，分子势能与分子间距离有关。 3．物体的内能：物体内所有分子的动能和势能的总和称为物体的内能． 物体的内能是由物质的量、温度、体积三个因素所决定的． 对于理想气体来说，由于忽略分子力作用，所以没有分子势能．其内能由物质的量和温度所决定． 4．物体内能的变化：做功和热传递都可改变物体的内能，但它们有着本质的区别： 做功是其他形式的能和内能之间的转化．做功过程中，内能改变量的多少用功的大小来量度； 热传递过程中，内能转移的多少用热量来量度。做功和热传递都是过程量，内能则是状态量。 内容: 外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的变化ΔU， 表达式: ΔU=Q+W 这在物理学中叫做热力学第一定律。 表达式中符号法则: W为正值，表达外界对物体做功； W为负值，表示物体对外界做功； Q为正值，表示物体从外界吸热； Q为负值，表示物体对外界放热；