大学物理课件 气体动理论.ppt

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1、热学统计物理学（微观）热力学（宏观）气体动理论（基础）统计力学涨落理论热力学第零定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律熵统计物理学理论经热力学得到验证，热力学理论经统计物理学的剖析了解其微观本质。第四编热学一）研究的对象---气体分子二）研究的目的---了解气体的宏观状态参量与（温度、压强、内能等）分子微观运动之间的关系。三）研究的依据----由实验得出的关于分子运动的三个基本论点。1）一切物质都是由许多不连续的、彼此之间有一定间隔的微观分子构成。（不是天衣无缝，浑然一体。）如：气体---可以压缩；液体----50cm3的水+50cm3的酒精=97cm3

2、r混合物。第14章气体动理论§14-1气体分子的热运动固体---也不是铁板一块。高压2）分子之间存在相互作用力--分子力。为斥力且减少时F急剧增加为平衡态，F=0为吸引力且增加时F先增再减少注意d可视为分子力程；数量级在10-10--10-8m数量级，可看为分子直径（有效直径）。分子力是电性力，大大于万有引力。Fd3）分子作永不停息的运动---热运动证据--布朗运动（1927年）布朗运动实际上是大量分子‘无规则’运动涨落冲击所致。而且温度越高运动愈剧烈。四）研究方法----经典统计法----在大量无规则事件中运用几率（概率）的概念找出事物的方法。什么是几率？

3、什么是统计规律呢？§14-2理想气体状态方程一、状态参量在热学和热力学中，为了描述物体的状态，常采用一些表示物体有关特性的物理量作为描述状态的参数，称为状态参量。1）体积V---气体所占的空间（从几何描述）注意：体积并不是所有分子体积之和，因分子之间有间隔。2）压强---作用在器壁上单位面积上的力（从力学角度描述）注意：a）气体产生的原因是大量分子对器壁的碰撞面非气体分子的重量。b）单位多而杂SI制：CGS制工程上：一标准大气压（atm）气象上：（巴）3）温度---温度的概念比较复杂，本质与物质分子运动密切相关，温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同。单位

4、---开尔文（SI制）和摄氏温标（日常）热力学第零定律：在与外界影响隔绝的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A、B也是相互热平衡的。（1930，否勒）热力学第三定律：不可能使一个物体冷却到绝对零度（0K）的温度。（1912年，能斯特）二、平衡态注：气体的平衡态是一种热动平衡状态！当气体与外界交换能量时，它的状态就发生变化。气体从一状态不断变化到另一状态，期间所经历的过渡方式称为变化的过程。如果过程所经历的所有中间状态都无限接近平衡态，这个过程就称为准静态过程，也称为平衡过程。气体内部各部分具有相同的温度和相同的压强的状态，而且长

5、期维持这一状态不变，这种状态称为气体的平衡状态。三、理想气体状态方程理想气体反映了各种气体密度趋近于零的共同极限性质。实际气体在压强不太大（与大气压相比）和温度不太低（与实温相比）的情况下可视为理想气体。理想气体状态方程（门捷列夫--克拉伯龙方程）式中：M为气体质量为摩尔质量R为普适气体常数，在国际单位中：方程的适用条件：a理想气体；b热动平衡态。理想气体方程的简要形式设系统的总质量为M，分子总数为N，分子质量为则又因为一摩尔理想气体的分子数为故摩尔质量理想气体方程的简要形式波尔兹曼常数分子数密度波尔兹曼常数§14-3气体分子的统计规律一、统计规律性随机事件：

6、在一定条件下可能发生也可能不发生的事件称随机事件或偶然事件。掷骰子---掷一次出现一点至六点的情况均有可能，但大量掷出以后，每一点子出现的次数都占六分子之一。而且掷的次数越多，各点出现点子的数目越接近六分之一。这时我们说每种点子出现的几率为六分之一。掷硬币---各面出现的几率为二分之一。口袋子中摸球----袋中10个小球，三红七兰，摸出红球的几率为十分之三，兰球为十分之七。几率分布实验示教出现中间多，两边少的几率分布统计规律性：是大量随机事件所服从的规律性，是大量随机事件的必然结果。涨落现象：对于统计平均值的偏离现象。统计规律只适合于大量随机事件所组成的

7、体系，随机事件数量越大，涨落越小，由统计规律得到的结果就越准确。二、概率、统计平均值1、概率：事件发生的可能性大小的量度。随机事件A出现的次数与试验总次数N的比的极限就是事件A的概率。若某一物理量可取有限个（n个）数值，其概率分别为，显然它们的所有可能取值的概率之和等于1，即：归一化条件2、统计平均值测得量值的次数测得量值的次数测得量值的次数算术平均值：显然，测量次数越多，平均值越精确。定义当总测量此数时，物理量A的算术平均值的极限为该量的统计平均值，即：麦克斯韦速率分布律某一特定时刻观测某一特定分子，其运动速度大小和方向是偶然的、不确定的。但大量分子在一定条件

8、下，速度的分布却是遵从一