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1、第三章气体分子运动论§2理想气体的压强公式和温度公式§3能量按自由度均分原理§4气体分子的麦克斯韦速率分布§5平均碰撞频率和平均自由程§1分子力与热运动研究气体宏观现象的微观本质.1*1.热学:研究自然界物质与冷热有关的性质,热运动的规律.*2.对象:大量分子组成的系统,理想气体分子.*3.内容:宏观量规律:系统属性.微观量规律:个别分子.内在联系:微观本质.*4.方法:气动理论:从微观结构出发,力学规律+统计平均→宏观规律.热力学:从宏观量出发,系统变化时P,V,T的变化,W,Q,ΔE转化关系.2§1分子
2、力与热运动1.物质由分子组成~1019/cm3,NA=6.02×1023/mol.2.分子作永不停息的无规则的热运动.3.分子间有相互作用力.rf一、分子运动论基本观点碰撞是完全弹性的,忽略能量损失.二、理想气体微观模型2.分子作自由运动.1.气体分子是质点.3.分子之间只有碰撞相互作用;不考虑势能.自由地、无规则运动着的弹性球的集合.31.平衡态:系统宏观性质和状态不随时间变化,微观状态千变万化的热动平衡.准平衡态:在变化过程中无限接近平衡态.3.状态方程:平衡态下热力学量之间的关系.三、理想气体的宏观描
3、述2.状态参量:四、宏观量与微观量表征大量分子集体特性的量---宏观量.描述一个分子或原子的物理量---微观量.4一.宏观假设(平衡态)1.分子的空间分布是均匀的；2.分子的运动是各向同性的,等几率原理.§2理想气体的压强公式和温度公式二.理想气体的压强公式大量气体分子中的一个--统计平均--描述大量.认为压强是气体分子对器壁碰撞造成的,和雨伞受雨滴平均压强.不可能对一个分子研究.单分子碰撞,冲力,大量分子冲力,统计平均.5N个分子(同类),质量m与A1相撞一次单位时间碰撞A1次数:单位时间对A1总冲量:对
4、N个分子求和,冲量定理长方形容器边长选一个分子6理想气体的压强是单位体积内气体分子平均平动动能的量度.单位时间内Δt=1还取决于n.一个气体分子平均平动动能.7玻耳兹曼常数三、温度公式理想气体温度与气体分子平均平动动能成正比.温度公式:方均根速率:8理想气体的绝对温度是大量气体分子平均平动动能的量度.也是大量分子热运动强度的量度.温度是大量分子热运动的集体表现,具有统计的意义,对一个分子讲是无意义的.若两种气体温度相同,则两种气体的分子平均平动动能相同.温度相同的n种气体混合贮于同一容器中,则混合气体的压强
5、等于各气体分压强之和.即,则分子停止运动.错误.若T=0,由道而顿分压定律9例1:一定量的理想气体贮于一容器中,温度为T,气体分子质量为m.根据理想气体分子模型和统计假设,分子速度在x方向的分量的下列平均值0kT/m例2:下列式中哪一式表示气体分子的平均平动动能？(式中M为气体的质量,m为气体分子质量,N为气体分子总数目,n为气体分子数密度,NA为阿伏加得罗常量)()A10质点:平动:x,y,z3个刚体：质心x,y,z3个转轴a,b,γ转角φ二、气体分子的自由度单原子分子:3平动双原子分子:3平动+2转动+
6、1振动(弹性键)§3能量按自由度均分原理一、自由度的概念决定物体空间位置的独立坐标数目.两个独立转动共3个co双原子分子:3平动+2转动(刚性键)11对于由n个原子构成的分子,自由度最多为3n,其中3个平动,3个转动,其余的是振动自由度.多原子分子:非共线三原子分子,3平动+3转动+3振动理想气体的自由度和温度有关,一般温度较低时振动自由度不出现.常温以下不考虑振动,双原子分子自由度为5.刚性双原子分子:3平动+2转动t平动自由度r转动自由度s振动自由度弹性双原子分子:3平动+2转动+1振动12三、能量按自
7、由度均分原理推广:在温度为T的平衡状态下,分子的每个自由度具有相同的平均能量为kT/2.平均振动势能:总平均动能:理想气体分子平均能量：振动自由度占两份能量.能量按自由度均分原理是统计规律,单个分子不成立.平动有3个自由度13四、理想气体的内能理想气体内能可忽略分子间的势能.理想气体内能:理想气体内能变化与状态量T有关,与过程无关.气体分子具有平动、转动、振动动能和势能及分子之间相互作用势能,总和--内能.N个分子:定量的理想气体内能决定于分子的自由度和气体的绝对温度,与气体的体积和压强无关.弹性刚性14例
8、3:在标准状态下体积比为1:2的氧气和氦气(均视为刚性分子理想气体)相混合,混合气体中氧气和氦气的内能之比为()A.1:2B.5:6C.5:3D.10:3B1.理解气体压强与温度的微观解释和方法.2.理解自由度和自由度均分原理,会计算理想气体的内能.本课要求：P160习题3、6、8作业:15探测器个别分子的速率是偶然的,大量分子速率分布是稳定的.速率范围：§4气体分子的麦克斯韦速率分布一、分子速率的实验测定16麦
