气体动理论的基本观点.ppt

第14章气体动理论14.2气体动理论的基本观点布朗（R.Brown）在1927年，用显微镜观察悬浮在水中的植物花粉，发现花粉作纷乱的无定向运动，这就是布朗运动。布朗运动是由杂乱的流体分子碰撞植物颗粒引起的，它虽不是流体分子本身的热运动，却反映了流体分子热运动的情况。*(Kinetictheoryofgases)*气体动理论气体动理论指出了热现象的本质是大量分子的热运动。“分子”概念是1811年意大利物理学家阿伏伽德罗引入的。在19世纪40年代能量守恒定律被发现后,热是分子运动的观点已经得到普遍承认。*从50年代开始,克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼对分子运动论进行了全面的、系统的研究。这些研究深入到物质内部、把热力学和分子运动论结合起来,由系统的微观状态预言系统热运动的宏观性质。他们引进了概率概念、运用统计方法,把系统的宏观状态参量描述为系统相应的微观量的统计平均值。概率统计的研究方法不仅在揭示热现象的本质上起着重要作用,而且在近代科学技术中获得了广泛的应用。*克劳修斯提出了理想气体分子运动模型、引进统计概念推导理想气体压强公式,引进平均自由程概念解决气体扩散速度的疑难问题；麦克斯韦于1859年发现分子热运动的无规性,并在几率概念的基础上用统计方法导出了麦克斯韦速率分布律；*玻耳兹曼把麦克斯韦分布推广到重力场,得到粒子按能量的分布规律——玻耳兹曼分布律,把它应用到重力场,得出重力场中粒子随高度的分布,很好地说明了大气密度、压强随高度的变化,至此,气体动理论已能解释当时在气象、化学、物理学领域的研究中所发现的与气体运动有关的种种现象。玻耳兹曼*在克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼研究的基础上，吉布斯提出:“热力学的发现基础建立在力学的一个分支上”，由此建立了统计力学。1902年发表了《统计力学的基本理论》，建立了完整的“系综理论”。*扫描隧道显微镜（STM）*分子的观点:宏观物体是由大量微观粒子（分子或原子）组成的。分子之间存在一定的空隙。例如:（1）1cm3的空气中包含有2.7×1019个分子（2）水和酒精的混合一、气体动理论的基本观点:*分子运动的观点:物体中的分子处于永不停息的无规则运动中，其激烈程度与温度有关。ABC(1)气体、液体、固体的扩散水和墨水的混合相互压紧的金属板例如:（2）布朗运动*(布朗运动)（2）布朗运动是分子热运动的间接证明。分子运动的观点:物体中的分子处于永不停息的无规则运动中，其激烈程度与温度有关。例如:*布朗运动与股票1900年,法国数学家巴施利埃发表了论文《投机理论》,是一篇研究股市的论文,其中把股市价格的无规则变动作为布朗运动来处理。他认为对股价变动来说,我们根据它现在的价格,并不能确切知道它下一时刻的价格,而只知道下一时刻价格的概率分布。这种“股票价格的相对变动是布朗运动”的基本假设,奠定了金融数学的基础,巴施利埃的这篇长达60多页的论文,后来就成为金融数学的开创性论文。*当时，分子力主要表现为斥力；当时，分子力主要表现为引力。分子力分子力的观点:分子之间存在着相互作用力。*从上述气体动理论的基本观点出发,研究和说明宏观物体的各种热现象和本质是分子动理论的任务。结论:一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。对于由大量分子组成的系统从微观上加以研究时,必须用统计的方法。*数量多、间距大、速度快、碰撞频繁。气体分子的特点:单个分子——无序、具有偶然性、遵循力学规律。整体（大量分子）——服从统计规律。例：常温和常压下的氧分子平均速率：平均自由程：平均碰撞频率：气体分子热运动服从统计规律。二、分子热运动的无序性及统计规律*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；（3）总是伴随着涨落现象。统计规律:是指大量偶然事件的整体所遵循的规律。它与力学规律有本质的不同。伽尔顿板实验例如:抛硬币第14章气体动理论14.2气体动理论的基本观点*布朗（R.Brown）在1927年，用显微镜观察悬浮在水中的植物花粉，发现花粉作纷乱的无定向运动，这就是布朗运动。布朗运动是由杂乱的流体分子碰撞植物颗粒引起