气体动理论上课.pptx

1;2;3; 宏观法与微观法相辅相成，相互补充，缺一不可。; 热工学、低温技术、热机、制冷机、化学、化工、冶金工业、合金相变、热处理工艺、设计原子核反应堆、半导体技术、生物、生命科学(“熵”与生命)、社会科学(“熵”与信息 ); 第五章 气体动理论 (Kinetic theory of gases) ;一、热力学系统与外界 在热力学中，把所研究的物体或物体组叫做热力学系统，简称系统。 它包含极大量的分子、原子。 以阿佛加德罗常数 NA =6×1023计。 热力学系统以外的物体称为外界。;二、气体的状态参量 把描述系统状态的变量称为状态参量。状态参量分为宏观量与微观量;9;三、平衡态与平衡过程 1、平衡态：无外界影响时，系统各部分的宏观性质长时间不变的状态。（系统与外界没有作功或传热等方式的能量交换） 2、热动平衡：气体分子的热运动永不停息，通过气体分子的热运动和相互碰撞，在宏观上表现为气体各部分的密度均匀、温度均匀和压强均匀的热动平衡状态。 3、平衡态是一个理想化的概念，实际上不存在完全不受外界影响的系统，也就不存在宏观性质绝对不变化的系统。;4、只有平衡态才可用状态参量来描述，否则，非平衡态中的各个状态参量都在不断变化，无法用统一的参量来描述系统的状态。我们主要研究平衡态的热学规律。 5、平衡过程：从一个状态变化到另一个状态时如果进展十分缓慢，所经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这个过程就称为平衡过程，又称准静态过程。准静态过程是无限缓慢的状态变化过程，是一种理想的物理模型。 6、实际过程：在实际问题中，除了一些进行极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可把实际过程近视看成是准静态过程。;四、理想气体状态方程 1、理想气体：理想化的物理模型。 定义：在任何条件下都严格遵守三条实验定律的气体。（波义耳定律，盖·吕萨克定律，查理定律） 2、理想气体的状态方程：（克拉珀龙方程）;13;14;15;16;17;当 时，X的算术平均值的极限便是X的统计平均值：;（ 为X出现 的几率，归一化条件： ） ;3、对大量分子组成???气体系统的统计假设：;21;三、理想气体的压强公式;其中： 为单位体积分子数或分子数密度。 ; 气体的压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的，它是一个统计平均量，气体分子平均平动动能也是一个统计平均量，分子数密度实际上也是一个统计平均量。气体压强公式给出了三个统计平均量之间的关系。压强是可以直接测量的宏观量，而平均平动动能则不能。;P = n kT;得方均根速率： ;§5 . 4 能量均分定理 理想气体内能;由理想气体模型 单原子分子：; 如果气体分子有个 i 自由度，则每个分子的总平均动能为 i kT/2 ，能量按这样分配的原则，叫作能量按自由度均分定理。 大量分子频繁碰撞，能量在各分子之间以及各自由度之间相互交换和转换。达到平衡态时，能量就被平均分配到每个自由度了。 能量按自由度均分定理适用于气、液、固体。 ;刚性双原子分子;§ 5 . 5 麦克斯韦速率分布律; 单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布是遵循统计规律，是确定的，这个规律也叫麦克斯韦速率分布律。;三、麦克斯韦速率分布函数 1859年，麦克斯韦从理论上导出理想气体在平衡态下分子的速率分布函数 ;;气体中速率在v—v+dv间的分子数的比率为; 四、分子速率的三种统计平均值 1、气体分子平均速率;三种速率就不同的问题有着各自应用。 讨论速率分布时，要用到大量分子的最概然速率； 计算分子运动的平均距离时，要用到平均速率； 计算分子平均平动动能时，要用方均根速率。 ;§5 . 7 分子碰撞和平均自由程;平均碰撞频率 Z;单位时间内分子 A 走 u ，相应的圆柱体体积为 u ? ， 则;本章主要内容;5、麦克斯韦速率分布律：; ? =;解 题 指 导;例题1;解：;（2）温度相同，说明分子的平均平动动能相等，但 和 却与分子种类有关。;解：设氢气的分子数为N，速率在3000~3010m/s之间的分子数?N1 为：;由于△v1 =△v2 , Mmol=N0 m;（2）平均速率：;（3）平均碰撞次数：;其中：p=2atm T=273+45K T0=273-3=270K;53