气体动理论基础(二).ppt

气体动理论基础(二） 主讲 刘果红 * 一、理想气体的状态方程： ，适用条件:1）、理想气体；2）、平衡态 回顾 二、理想气体的压强公式： 三、温度与平均平动动能的关系： 理想气体的状态方程也可表示为 1）、 为气体分子平均平动动能，是一个统计平均值；2）、压强具 有统计平均意义。 1）、T也有统计平均的意义。2）、 与气体分子的种类无关，只与T有关。 3）、对单原子分子 （只有平动）；对二原子以上气体分子， 只 是 的一部分。 在标准状态下，任何气体（不管分子结构如何）的分子数密度n 相同。 四、方均根速率： 1）、对同类气体分子，方均根速率之比就是 之比；2）、在T一定的情 况下，方均根速率之比就是 之比。 五、能量按自由度均分原理： 对单原子气体分子： 对双原子气体分子： 对三原子或三原子以上气体分子： 分配到每一个可能自由度的动能为 例1、在标准状态下，总质量M=0.5Kg的氧气的平均平动动能是多少？平均总动能又是多少？（在标准状态下，P=1atm，T=273.15K） 解：注意区分氧气和氧气分子。 0.5kg的氧气的总分子数 氧气的总平均平动动能： 氧气的平均总动能： 六、理想气体的内能E 气体的内能——气体分子的动能量及分子与分子间相互作用的势能的总和 理想气体的内能——理想气体的内能只是气体分子各种运动能量的总和。 每一个理想气体分子的平均总动能量 因此 单位体积内理想气体的内能 1mol理想气体的内能 μmol理想气体的内能 （8.1） （8.2） （8.3） （8）式表明：对于给定的某种理想气体，其内能完全取决于气体的热力学温度。 理想气体的内能是温度的单值函数 i表示平动和振动的自由度 例2、在标准状态下，若氧气（视为刚性双原子分子的理想气体）和 氦气的体积比 ，求其内能之比。 解：理想气体的状态方程 ，现用下标1表示氧气，用下标2表示氦气 即： 因此有 所以 例3、当氢气和氦气的压强、体积和温度都相等时，求它们的质量比和内能比。 所以 因此质量比 由（8）式 因此内能比 解：理想气体的状态方程 ， 七、Maxwell 分子速率分布定律 现约定：N ——气体总分子数 ——具有 速率区间内的分子数 ——具有 速率区间内的分子数占总分子数的百分比。 ——某单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比。 Maxwell指出：在热力学温度T时，处于平衡态的给定气体中，某单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比，可用下式表示： Maxwell分子速率分布函数 因此，不同的 ， 不一样，就表明 附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比不一样。所以， 的数值是大是小，就表示在这一单位速率区间内的分子数是多是少。 例如在标准状态下，某给定气体f(50) f(200)，这表明N个分子 中，具有199.5m/s-200.5m/s速率区间值的分子数占总分子数的比率大 于具有49.5m/s-50.5m/s速率区间值的分子数占总分子数的比率。 图（a ） v V+Δv v 1、气体分子速率分布的特点 具有很大速率和很小速率的分子数较少，因为对应于速率很大或很小时的 小，表明在v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比小。具有中等速率的分子数百分率却很高。 v 0 v1 v4 v2 v3 最可几速率 2、最可几速率（最概然速率） 图（b ） vp v 最可几速率物理意义可从两个角度考虑 （9） （1）对大量分子N而言，在一定温度下，气体分子在含有 的那个单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比最大。 （2）对个别分子而言，按概率表述为：某一分子的速率取含有 的那个速率区间内的值的概率最大。 3、同一气体在不同温度下分子速率分布情况 图中曲线下总面积是不变的。所以，分布曲线在宽度增大的同时，高度降低，整个曲线将显得平坦些。 vp vp vp （9） v 73K 273K 1273K 0 T增大，Vp增大，f(v)变小 4、同一温度下不同质量的气体分子速率分布情况 在T一定时，不同种类的气体，随着气体分子的质量增大，速率分布曲线中的向量值减小的方向迁移，所以，分布曲线宽度变窄，高度增大，即曲线随分子质量变大而左移。 m2 m1 v vp vp