大学物理课件8气体动理论.pdf

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1、第8章气体动理论2018-4-171第8章气体动理论第二篇热学1．什么是热学•宏观物体是由大量的微观粒子——分子、原子等组成的•微观粒子的无规则的运动，称为热运动•热学是研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响，以及与其他运动形态之间的转化的物理学分支2．热学的分类按照研究方法的不同，热学分为热力学——宏观理论统计物理学——微观理论2018-4-172第8章气体动理论•本章以气体为研究对象，从气体分子热运动的观点出发，运用统计方法来研究大量气体分子的热运动规律并对理想气体的热学性质给予微观说明——气体动理论。•目的：了解一些气体性质的微观解释，学习一些统计物理的基本概念和方法。2018-4

2、-173第8章气体动理论附、宏观量与微观量•宏观量：描述系统整体特征和属性的物理量。例如：气体质量、体积、压强、温度等。气体平衡态可用压强P、体积V、温度T描述，P、V、T称为气体的状态参量。•微观量：描述单个微观粒子运动状态的物理量。例如：分子质量、位置、速度、动量、能量等。2018-4-174第8章气体动理论§8.1气体动理论的基本观点气体动理论的基本观点•分子的观点：宏观物体是由大量微粒——分子（或原子）组成的。•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。•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

3、各种现象和本质是统计物理学的任务。2018-4-175第8章气体动理论一、分子的数密度和线度•实验表明：任何物质1摩尔所含有的微观粒子——分子或原子的数目均相等，为阿伏加德罗常数，用NA表示NA=6.0221367(36)×1023mol-1计算中，一般取NA=6.02×1023mol-1分子数密度n：单位体积内的分子数：n=N/V分子的线度：•每个分子所占有的体积越为分子本身的体积的1000倍。•因而气体分子可看成是大小可以忽略不计的质点。2018-4-176第8章气体动理论二、分子热运动的无序性及统计规律性•单个分子的运动具有无序性•大量分子的运动具有规律性•布朗运动•掷骰子•伽尔登板

4、所谓统计规律，是指大量偶然事件整体所遵循的规律。方法——求统计平均值•统计规律有以下几个特点:（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（20138-）4-17总是伴随着涨落7第8章气体动理论三、分子力分子力是指分子之间存在的吸引或排斥的相互作用力。它们是造成固体、液体、和封闭气体等许多物理性质的原因。吸引力——固体、液体聚集在一起；排斥力——固体、液体较难压缩。分子力f与分子之间的距离r有关。存在一个r0——平衡位置r=r0时，分子力为零rr0分子力表现在吸引力r>10r0分子力可以忽略不计2018-4-178第8章气体动理论四、【统计

5、平均值】定义NiiNNN112233iN1N2N3Nii【概率】微观量为I的分子数占总分子数的比例NiP且有iNPi1归一化条件2018-4-179第8章气体动理论u气体分子的速度沿各个方向分量的各种平均值相等。速度各分量大小的平均值相等vvvxyz速度分量平方的平均值相等v2v2v2xyzN速度分量平方的平均值定义为：v21v2xixNi12222速度的平方：vvvvvvxyz速度的平方的平均值和速度分量平方的平均值的关系：NN21212222222vvi(vixviyviz)vxvyvz

6、3vxNi1Ni12018-4-1710第8章气体动理论3压强pP温度T273tK体积Vma四、理想气体及状态方程：在压强不太高、温度不太低的实际气体都可视为理想气体，遵守mpVRT或pnkTMm气体质量，kgM气体摩尔质量，kg-1-1231R8.31JmolKk1.3810JK2018-4-1711第8章气体动理论设一个分子的质量为μ，质量为m的理想气体的分子数为N，1摩尔气体的质量为M，则m=Nµ,M=NAµ。代入理想气体的物态方程mNNpVRTpVRTRTMNNAANRPTpnkTVNA分子数k=R/NA=1.38×10

7、-23J·K-1密度称为玻耳斯曼常量2018-4-1712第8章气体动理论*实际气体的范德瓦耳斯方程2mammpVbRT22MVMM*8.2.3道尔顿分压定律nnnn12ipnkTnnnkT12inkTnkTnkT12ippp12i即容器中混合气体的压强等于在同样温度、体积条件下组成混合气体的各成分单独存在时的分压强之和。这就是Dalton分