《热学》课件0301热学基本概念与原理02.pptx

01理想气体的压强的微观统计02理想气体的温度的微观统计03能量的微观统计——能量均分定理第2讲基本宏观量的微观统计

01理想气体的压强1理想气体分子模型和统计假设宏观物体——由大量分子组成分子运动——永不停息地作无序热运动相互作用——分子之间存在相互作用力——分子数密度很小分子间距离远大于自身的线度忽略分子之间的相互作用力理想气体模型

2)除碰撞瞬间外，分子间和分子与器壁间无相互作用分子连续两次碰撞之间——自由运动3)分子间和分子与器壁之间发生频繁的碰撞弹性碰撞——分子动能守恒4)分子运动——遵循牛顿定律理想气体分子的力学性质假设1)分子线度比起分子间的距离忽略不计——当作质点

——理想气体微观模型：自由，无序运动的弹性球分子的集合分子间和分子与器壁之间发生频繁的弹性碰撞遵循——分子动能守恒——牛顿定律

理想气体分子的统计假设气体内部——分子不断碰撞，分子作杂乱无章运动——1秒内分子碰撞的次数约~1010次1)分子运动速度各不相同——通过碰撞不断发生变化2)平衡态下分子按位置的分布是均匀的——分子密度各处相同3)分子速度按方向的分布是均匀的——速度在各方向投影的各种统计平均值相等

——分子的速度平方平均值的计算第i个分子速度平方值对所有分子进行统计分子速度平方平均值——N个分子组成的系统

分子速度按方向的分布是均匀的分子的速度投影统计平均值

2理想气体压强公式气体的压强——大量分子与器壁连续碰撞的作用——单位时间内与器壁相碰撞的所有分子作用于器壁单位面积上的总冲量——是统计平均值

——将N个分子按速度分布分为若干组每组中各个分子的速度大小和方向基本相同平衡状态——体积V__气体分子总数N__分子数密度n——理想气体压强公式理想气体的压强——大量分子对器壁碰撞的平均效果——分子的平均平动动能

02温度的统计解释理想气体的压强分子的平均平动动能温度的宏观意义——描述多个热力学系统处于同一热平衡状态具有的共同性质——只和温度有关决定一个系统是否能与其它系统——处于热平衡的性质

分子的平均平动动能温度的微观意义——分子平均平动动能的量度反映系统内分子无规则运动的激烈程度

关于温度的深层次物理意义1)温度——描述热力学系统平衡态的物理量——非平衡态系统不能用温度描述其状态2)温度——大量分子做无规则热运动的统计——对于单个分子温度无意义3)温度——和系统整体运动无关——分子的平动动能是在质心参考系中测量的平动动能总和是系统的内动能

03能量均分定理——从分子热运动能量遵循的统计规律来讨论研究理想气体的内能1自由度分子运动——包括平动__振动__转动分子能量——包括平动能__振动能__转动能物体的自由度——确定一个物体在空间位置所需的独立坐标数目

单原子分子__自由质点模型——3个平动自由度双原子分子__自由细杆模型——5个自由度__不考虑振动——3个平动和2个转动H2__N2__O2__CO

多原子分子__自由刚体模型——6个自由度——3个平动和3个转动CH4__H2O__NH3

2能量均分定理分子的平均平动动能单原子分子

每个自由度的能量能量均分定理——处于平衡态气体分子__无论作何种运动双原子分子——平均动能多原子分子——平均动能自由度为i的气体分子——平均动能分配在每个自由度上的平均动能

3理想气体的内能——系统分子热运动总机械能的统计平均值——理想气体的内能是系统中分子各种运动的动能总和理想气体的内能理想气体的内能分子内能——只是温度的函数__与温度成正比