压强和温度的微观解释.pptVIP

2 概率 3 理想气体压强公式的推导 二 理想气体的温度公式 太原理工大学物理系李孟春编写 所有“物质”都由“分子、原子”组成 分子是组成物质的保持物质化学性质的最小单元， 如：H2O, CO2, N2, …… 原子是组成单质和化合物的基本单元,它由原子核和电子组成. §4-2 压强和温度的微观解释 1 物质是由大量的原子或分子组成，且不连续的 一、物质的微观模型 压 强 2 物质分子处于不停顿的无规则运动状态 由于分子之间频繁的碰撞,使分子运动速度的大小跳跃地改变着,运动的方向无定向地改变着. 物质分子都在不停顿地作无规则运动. 与整体、定向运动不同，质心动量为零. 布朗运动 3 分子之间存在相互作用 图为分子力f与分子间距r 的关系曲线. r0~10-10m 当r r0时，分子主要表现为斥力 当r r0时, 分子主要表现为引力 r ~ 10-9m时,引力为零,故分子力是短程力. 伽尔顿板实验 小钉 等宽 狭槽 小球落在哪个槽是偶然事件 大量小球一个一个投入或一次投入，分布情况大致相同 二、统计的基本思想 1 统计规律 大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性……统计规律。 设N为实验总次数，NA为事件A出现的次数，则 在一定条件下，某偶然事件出现的可能性的大小。 统计规律的特点: （1）只对大量偶然的事件才有意义. （2）它是不同于个体规律的整体规律(量变到质变). （3）总是伴随着涨落. 3.统计平均值 测量物理量M: M1、M2、?Mn出现次数分别为N1、N2、?Nn M的算术平均值为 ----统计平均值 N足够大：平均值 真实值 宏观量：表征大量分子的整体特征的量.如温度、 压强、热容等，可由实验直接测量. 微观量：表征单个微观粒子运动状态的物理量.如某个分子的质量、速度、能量等，一般不能直接测量. 三 宏观量和微观量 宏观量是微观量的统计平均值. 尽管个别分子的运动杂乱无章,但从大量分子的整体来看，存在一定的统计规律。 (2) 分子之间除碰撞的瞬间外,无相互作用力.(忽略重力) 1 理想气体的微观模型 (1) 分子当作质点，不占体积； (3) 分子与分子,分子与器壁的碰撞为完全弹性碰撞. 研究单个分子的运动服从牛顿力学. 分子数目太多,无法解这么多的联立方程.即使能解也无用.必须用统计的方法来研究. 四、理想气体的压强和温度 (2) 分子的速度按方向的分布是各向均匀的; (1) 平衡态时分子按位置的分布是均匀的; 2 对大量分子组成的气体系统的统计假设 (3) 分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着; 设边长为x,y,z的长方体容器中，有N个同类气体分子(质量m). 研究A1受的压强： 第一步 某个分子与A1面 碰撞 x y z x y z A1 A2 ° ? v1 v′1 vx 对于?分子，质量m，碰撞瞬时速度v1 则?分子与A1面碰撞一次施加的冲量: 2mvx x方向?分子受到冲量 第二步 A1 面1秒钟受到?分子的总冲量 ?分子在A1,A2之间往返一次所需时间为 则1秒内?分子与A1碰撞次数 1秒钟A1受到?分子的总冲量 x y z x y z A1 A2 ° ? v1 v′1 vx 第三步 N个分子在1秒内对A1的碰撞 A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F 1秒钟A1受到?分子的总冲量 第四步 A1受到的平均作用力——压强 由 有 由于 压强公式 定义平均平动动能 压强公式又可以写成 2） 压强公式表示了宏观可测量压强与微观量（分子的数密度、分子平均平动动能）统计平均值之间的关系。 3）压强公式虽然是从立方体中推出的，对其他容器所得结果相同。 4）大量分子与器壁不断碰撞的结果，是统计平均值，对单个分子谈压强是毫无意义的。 1） 压强的实质是大量分子碰撞在单位面积器壁上的平均冲力。 说明: 压强公式是一个统计规律，而不是力学规律. p= n kT 只与温度有关 由理想气体状态方程 玻耳兹曼常量 由压强公式 有 2) 温度是统计概念，只能用于大量分子. 说明: 1) 平衡态下分子平均平动动能正比于气体的温度. 3) 温度标志物体内部分子无规运动的剧烈程度. 4) 温度是标志气体处于热平衡状态的物理量. 5) 分子运动永不停息.热力学零度不可能达到. * *