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第十三章热学

§13-1气体状态方程

【基本内容】

热力学系统：由大量分子组成的物质（气体、液体、固体）称为热力学系统，系统以外

它物体称为外界。

热力学：以观察和实验为基础，研究热现象的宏观规律，总结形成热力学三大定律，对

热现象的本质不作解释。

统计物理学：从物质微观结构出发，按每个粒子遵循的力学规律，用统计的方法求出系

统的宏观热力学规律。

3子而理学：是研究物质热现象和热运动规律的学科，它应用的基本方法是统计方法。

一、气体状态方程

1、宏观量与微观量

宏观量：表征大量分子集体性质的物理量如（P、V、T、C等）。

微观量：表征个别分子状况的物理量（如分子的大小、质量、速度等）。

2、热力学过程、平衡态与平衡过程

热力学过程：是系统状态经过一系列变化到另一状态的经历。

平衡态：是热力学系统在不受外界影响的条件下，宏观热力学性质（如P、V、T）不随

时间变化的状态。它是一种热动平衡，起因于物质分子的热运动。

平衡过程：热力学过程中的每一中间状态都是平衡态的热力学过程。

3、理想气体的状态方程

（1）理想气体的状态方程

是理想气体在任一平衡态下，各状态参量之间的函数关系：

PV=——RT=vRT

2（）气体压强与温度的关系

P=nkT

2323

玻尔兹曼常数k=R/NA=1.38X10J/K,啊伏加德罗常数N=6.028X10/moU

A

P=nm

分子数密度n=N/V,P——气体质量密度，m——气体分子质量。

二、理想气体的压强

1、理想气体的微观假设

关于分子个体力学性质的假设：a（）分子本身的大小比起它们之间的距离可忽略不计。

b（）除了分子碰撞瞬间外，分子之间的相互作用以忽略。c（）分子之间以及分子与器壁间

的碰撞是完全弹性的。

关于分子集体之间性质的假设——统计假设：a（）分子按位置的分布是均匀的，即分子

沿空间各个方向运动的数目相等。b（）分子按速度方向的分布是均匀的，即分子沿空间各个

方向运动的机会相等。

2、理想气体的压强公式

nI24

P=nmv=ne.

33

—1—

£,=—mv

分子的平均平动动能：2

3、压强的统计意义

P是统计平均值，是对时间、对大量分子、对面积求平均的效果。

三、理想气体的温度

1、分子平均平动动能与温度的关系

—3._

£,=—KT

2

温度的意义：气体的温度是分子平均平动动能的量度；温度标志物质内部分子无规则运

动的剧烈程度。

2、方均根速率4

方均根速率：是气体分子热运动时;速度的平均值。

四、分子间的碰撞

1、平均碰撞频率

是一个分子在单位时间内与它分色碰撞的平均少数。

Z=2