《气体动理论上课版》PPT课件

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1、第二篇热学calorifics热学是研究与热现象有关的物质运动规律的科学。表示物体冷热程度的物理量是温度，把与温度有关的物理性质及状态的变化称为热现象，热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。物体是由大量分子、原子组成的，这些微观粒子的不停的、无规则的运动称为分子热运动。1热学发展简史18世纪初，资本主义发展的初期，社会生产已有很大发展，生产中遇到的热现象增多了，因而提供不少关于热现象的知识，当时生产上需要动力，因而产生了利用热来获得机械功的企图，这样一来，开始了对热现象进行比较广泛的研究。1714年

2、，华伦海脱改良了水银温度计并制定了华氏温标，热学的研究从此走上实验科学的道路。18世纪中期，瓦特制成了蒸汽机，人们多年来想利用热来获得机械功的愿望实现了。随着蒸汽机在生产上被广泛地利用，提高效率便成为首要任务，同时也促使人们对热的本质进行深入的研究。2关于热的本质问题，有两种对立的学说：热质说——热是一种元素，它可以透入任何物体中，不生不灭，较热物体含较多的热质。热是物质运动的一种表现，热是一种能量，能够与机械能互相转化。热力学第一定律确立了热和机械功相互转化的数量关系，热力学第二定律告诉人们如何提高热机

3、效率，热力学的两个基本定律都是从研究热和功的相互转化问题总结出来的，然而，热力学理论的应用远远地超出了这一问题的范围。在热力学发展的同时，即19世纪中期，分子运动论也开始飞速地发展，为了改进热机的设计，对热机的工作物质——气体——的性质进行了广泛的研究，气体动理论便是围绕着气体性质的研究发展起来的。3克劳修斯首先从分子运动论的观点导出了玻意耳定律。麦克斯韦最初应用统计概念研究分子的运动，得到了分子运动的速度分布定律。玻耳兹曼认识到统计概念有原则性的意义，他给热力学第二定律以统计解释。后来，吉布斯进一步发展

4、了麦克斯韦和玻耳兹曼的理论，建立了系统的统计法，统计物理学至此发展成为完整的理论。热学的研究方法：1.宏观法Macroscopicmethod最基本的实验规律逻辑推理(运用数学)——称为热力学Thermodynamics。优点：具有高度的可靠性和普遍性。缺点：未揭示微观本质，一些宏观现象（如涨落）不能解释。4宏观法与微观法相辅相成，相互补充，缺一不可。2.微观法Microcosmicmethod物质的微观结构+统计方法——称为统计物理学.其初级理论称为气体动理论Kinetictheoryofgases（

5、气体分子运动论）。优点：揭示了热现象的微观本质，从基本原理出发可以得到热力学的三个定律，使其获得更深刻的意义解决了热力学不能解决的问题（如比热理论及涨落现象）。缺点：可靠性、局限性问题，统计物理所采用的模型只是物质的实际结构的近似代表，其结果不能与实际完全符合，只是接近于实际。但随着人们对物质结构的认识的深入，统计物理的结果也将逐步更接近实际。5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)

6、热力学的应用6第五章气体动理论(Kinetictheoryofgases)从分子热运动观点出发，运用统计方法研究气体分子热运动的宏观性质和变化规律。寻求宏观量与微观量之间的关系，揭示气体宏观热现象及其规律的微观本质。7一、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。例：若汽缸内气体为系统，其它为外界§5.1状态、过程与理想气体8二、气体的状态参量把描述系统状态的变量称为状态参量。状

7、态参量分为宏观量与微观量1.宏观量：从整体上描述系统状态，一般可直接测量。气体的宏观状态参量：体积、压强、温度压强的微观意义：压强是大量分子碰撞器壁的平均作用力(单位面积上)的统计平均值。温度的微观意义：温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度，是气体分子的平均平动动能的量度。体积：气体分子所能达到的空间9二、气体的状态参量2.微观量：描述系统内微观粒子的状态。如分子质量m、直径d、速度v、动量p、能量等。微观量与宏观量有一定的内在联系。例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，它与大量分子对器壁

8、的冲力的平均值有关。10三、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。114、只有平衡态才可用状态参量来