第17章 温度和气体动理论.ppt

《第17章 温度和气体动理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第17章温度和气体动理论Temperature本章主要内容§17-1平衡态§17-2温度的概念§17-3理想气体温标§17-4理想气体状态方程§17-5气体分子的无规则运动§17-6理想气体的压强§17-7温度的微观意义§17-8能均分定理§17-9Maxwell速率分布律§17-10Boltzmann分布律§17-11实际气体等温线§17-12VanderWaals方程§17-13平均碰撞频率和平均自由程§17-14输运过程第17章温度和气体动理论热力学系统在热学中，通常把与热现象相关的宏观物体称为

2、热力学系统。系统以外的物体称为外界。从统计物理的角度说，热力学系统必须由大量分子原子组成，它们服从统计规律。第一章温度§17-1平衡态EquilibriumState描述宏观系统状态的物理量称为宏观量，也称为状态参量。如：气体的状态参量有压强、体积和温度。宏观量与微观量Avogadro常数：NA=6.0221023/mol（1mol任何物质的分子数）。一般分子的限度在10-9m以下。因此，一个热力学系统包含大量的微观粒子。描述分子原子运动状态的物理量称为微观量。如：分子的运动速率、动量、动能等。“

3、宏观小微观大”是指当宏观量（如体积）取很小值时，仍包含大量的微观粒子，大到仍可以用统计方法处理。宏观量往往相对稳定，而微观量相对随机；宏观量可以用微观量的统计平均值来表示。§1-1平衡态气体的状态参量有压强、体积和温度。定义：平衡态压强——气体对单位面积容器壁的作用力。单位：Pa体积——气体占据空间（容器）的体积。单位：m3温度的概念下节讨论平衡态——在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。(如气体的压强、体积和温度不随时间变)宏观稳定但微观运动不停息，且纷乱无规——动态平衡平衡态

4、时热学中一个十分重要的概念。《大学物理》课程中涉及的热学，主要是讨论气体在平衡态下的性质及其变化规律。§1-1平衡态气体的状态方程实验表明，气体处于平衡态时，三个状态参量p、V、T中，只有两个是独立的，状态参量之间必定满足一个函数——气体的状态方程。理论上常用（p,V）来表示某平衡态的状态，因此可以用图上的实点来代表确定的平衡态。从一个平衡态到另一个平衡态的变化过程，称为热力学过程。准静态过程非准静态过程.(p,V)§1-1平衡态§17-2温度的概念ConceptofTemperature压强和体积不是

5、热学特有的物理量（力学量和几何量），而温度是。（当两个具有相同压强和体积的气体，但它们的热力学性质并不完全相同。）因此,必须引入一个新的描述气体热力学性质的物理量，即温度。温度是平衡态的参量，也是区别不同平衡态的重要标志。因此先引入热平衡概念：热平衡的概念两个原为孤立系统分别达到了平衡态，相互接触（容器的导热面接触，可相互交换能量）后，各自的状态会发生变化，经足够长时间又达到新的平衡态，称这两个系统处于热平衡。抽去绝热隔板绝热板导热板导热板§1-2温度的概念热力学第零定律与温度定律：如果系统A与系统C

6、处于热平衡，同时B系统也与系统C处于热平衡，则系统A与系统B也处于热平衡。定律表明，任意两个系统处于热平衡，意味着它们具有某种共同热力学性质，可以引入一个物理量来描述这种物理性质，即：温度——决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质。说明：借助热力学第零定律引入温度概念，这是宏观上对温度的定性定义。处于热平衡的诸个系统具有相同的温度。温度的测量也是基于热力学第零定律实现的。§1-2温度的概念§17-3理想气体温标TemperatureScaleofanIdealGas为对温度定量测量，就必须用

7、数值来表示温度。标定温度数值的方法称为温标。理想气体温标是其中的一种。Boyle定律：当压强很小时，对于一定量气体，在温度不变的条件下，它的压强与体积成反比，即pV=常量(一定量，T不变)Boyle定律和理想气体理想气体——严格遵从Boyle定律的气体，是一种理想模型。（p0时实际气体的近似）。理想气体温标对于理想气体，可以规定：pVT(一定量），于是有常量(一定量)§1-3理想气体温标规定一个标准温度定点——纯水的三相点，即：冰、水、汽共存的系统所达到的平衡态。统一规定三相点的温度为:Ttr2

8、73.16K设有一定量理想气体，它在水的三相点温度下的压强和体积分别为ptr和Vtr，则有(一定量)定体温度计V=Vtr定压温度计p=ptr理想气体温标存在一个最低温度的极限。如选择氦气He最低极限为1K。§1-3理想气体温标热力学温标摄氏和华氏温标气体温标虽不依赖于气体的个性，但毕竟依赖于某种测温物质，而温度本身并不要求如此。在热力学第二定律的基础上，可以引入一种不依赖于任何测温物质特性的温标，即热力学温标（也称Kelvi