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二、能量均分定理 分子的平均平动动能: 分子的平均平动动能 3kT/2 是均匀地分配在每个平动自由度上的, 每个平动自由度都具有相同的平均动能 kT/2 . 推广到分子的转动和振动上,得到能量按自由度均分的统计规律——能量均分定理: 在温度为 T 的平衡态下,物质分子的每一个自由度都具有相同的平均动能,其大小都等于kT/2。 分子平均动能: 单原子分子的平均动能: 多原子分子的平均动能: 双原子分子的平均动能: 具体来看:1、不考虑振动(对刚性分子): ( i :刚性分子的自由度) t : 平动自由度, r :转动自由度 分子平均总能量(包括动能和势能): s : 振动自由度 若分子 2、考虑振动 由振动的规律我们知道,振动过程中动能与势能的平均值相等,所以,有多少振动动能,就有东少振动势能。 分子平均动能 振动动能 振动势能 三、理想气体的内能 气体的内能: 气体中所有分子的热运动动能和分子间相互作用势能的总和。 理想气体内能: 气体中所有分子的平均动能的总和。 1mol 理想气体的内能:(只考虑刚性分子) 质量为m,摩尔质量为M的理想气体内能: 一定量的理想气体,其内能只是温度的单值函数。 知识回顾 上节课我们得到了分子速率的一个统计平均值, 方均根速率 但当气体处于平衡状态下,并非所有分子都按 方均根速率运动,他们运动速率各不相同但是 大量分子整体来看,速率分布遵从一定规律 引题: *一、分子速率的实验测定 令圆盘先后以各种不同的角速度转动,用光度学的方法测量各次在胶片P上所沉积的金属层的厚度,可以比较分布在不同速率间隔内分子数的相对比值。 高真空 §5-5 麦克斯韦速率分布律 二、速率分布函数 分子速率分布函数: 物理意义: 分子速率在位于v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比(概率密度)。 (概率密度) 归一化条件 分子速率位于v~v+dv区间内的分子数占总分子数的百分比(概率): 知识回顾 dv v1 v2 f(v) v 由 f (v) 计算与 v 有关的物理量的平均值: 分子平均速率: 分子速率平方的平均值: 速率分布曲线 §5-1 热运动的描述 理想气体模型和物态方程 §5-2 分子热运动和统计规律 §5-3 理想气体的压强和温度公式 §5-4 能量均分定理 理想气体的内能 §5-5 麦克斯韦速率分布律 §5-6 麦克斯韦–玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布 §5-7 分子碰撞和平均自由程 §5-8 气体的输运现象 §5-9 真实气体 范德瓦耳斯方程 第五章 气体动理论 一、状态参量的微观解释 1. 体积 V 气体分子所能到达的空间。 2. 压强 p 气体分子垂直作用于器壁单位面积上的 力,是大量气体分子与器壁碰撞的宏观 表现。 1atm =760 mmHg =1.01?105 Pa 为了描述物体的状态,常采用一些物理量来表示物体的有关特性,例如体积、温度、压强、密度等,称状态参量(state parameter)。 §5-1 热运动的描述 理想气体模型和物态方程 热力学温标(T:K)与摄氏温标(t:℃): t /℃=T /K-273.16 3. 温度 T 反映物体冷热程度的物理量,其高低反 映内部分子热运动的剧烈程度。 二、平衡态 准静态过程 平衡态(equilibrium state):在不受外界影响(即系统与外界没有物质和能量的交换)的条件下,无论初始状态如何,系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。 从微观角度,存在热运动,又称为热动平衡状态(thermodynamical equilibrium state)。 气体处于热平衡、力学平衡与化学平衡。 一定质量的气体的平衡态可以用 一组状态参量(p、V、T) 表示。在P-V 图上是一个确定的坐标点。 当气体的外界条件改变时,气体从一个状态不断地变化到另一状态,如果状态变化过程进展得十分缓慢,使所经历的一系列中间状态,都无限接近平衡状态,这个过程就叫做准静态过程(quasi-static process)或平衡过程(equilibrium process)。在P-V 图上是一条连续的曲线。 三、理想气体
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