能量均分原理理想气体的内能公开课一等奖课件省赛课获奖课件.pptx

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§4.2能均分原理、抱负气体的内能引出:前面研究气体动能时把分子看作弹性小球的集合,我们发现当用这一模型去研究单原子气体的比热时,理论与实际吻合得较好,但当用这一模型去研究多原子分子时,理论值与实验值相差甚远。1857年克劳修斯提出:要修改模型。而不能将全部分子都当作质点,对构造复杂的分子,不仅要考察分子的平动、并且还要考虑分子的转动、振动等。下面我们来研究涉及平动、转动、振动在内的抱负气体的能量。

自由度一、自由度确定某物体空间位置所需的独立坐标的数目(),称为该物体的自由度数。iyZxzXyO单原子分子i3三个独立坐标如xyz,,拟定其位置又称平动自由度

aObZxyzXyXyZO刚性双原子分子5i确定质心位置:xyz,,确定空间方位:abg,,但只有二个独立模型:----将原子当作质点,将分子当作是原子的刚性连接体(刚性分子)描述平动称平动自由度与转动相联系称转动自由度总自由度若将分子看作非刚性分子,还要考虑分子的振动自由度

刚性多原子分子OajZxyzXyOXyZb以三原子分子为例平动自由度xyz,,转动自由度a,b,j6i确定质心位置:xyz,,确定转轴的空间方位:abg,,二个独立相对于转轴的角位置j三个独立坐标描述平动三个独立坐标描述转动总自由度6i

二、能量按自由度均分原理先来分析单原子分子的平均平动动能:两边同乘上式表示沿各坐标运动的平均平动动能都相等,都等于

这说明:分子的平均平动动能是均匀地分配在每一个自由度上的。即对应每一个自由度,就有对应的一份能量麦克斯韦将以上情况推广到分子的转动和振动即对应于转动和振动的每个自由度的运动也都有一份能量这就是能量均分原理。

能量均分原理:在热平衡状态下,对应气体、液体、固体分子中的任何一种运动形式的自由度上都具有相同的平均动能,其值为kT/2.即在平衡态下,一种自由度,代表一种独立的运动和一份能量如某种分子有个平动自由度,个转动自由度个振动自由度,则分子具有:平均平动动能平均转动动能平均振动动能

三、抱负气体的内能1、内能是状态量:气体内全部分子的动能以及分子间的互相作用势能的总和。动能与温度有关,势能与分子之间的距离有关,即与体积有关,即内能与温度、体积有关。一句话,内能是状态量。2、抱负气体的内能抱负气体之间的互相作用能够无视,故抱负气体的内能应为各分子总能量之和。kTNiE2=

抱负气体内能mol1气体有AN(阿伏伽德罗常数)个分子mol1理想气体的内能Emol1ANkT2iRT2iMM理想气体mm质量质量摩尔质量摩尔质量Mmmol理想气体的内能EMmRT2iE8,Mmi,T对给定气体E8T若温度变化T则内能变化EMm2iRT

例1:贮存有氮气的容器以速度100米/秒运动。若该容器忽然停止,问容器中温度将升多少?已知:求:解:依能量守恒,氮气的宏观动能将转化为其内能的增量。

例:贮存有氮气的容器以速度100米/秒运动。若该容器忽然停止,问容器中温度将升多少?解:

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