第8章 气体动理论(尹玲)

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1、物理学的第三次大综合物理学的第三次大综合是从热学开始的，涉及到宏观与微观两个层次.宏观理论热力学的两大基本定律:第一定律,即能量守恒定律;第二定律,即熵增加定律.科学家进一步追根问底,企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律,气体分子动理论应运而生.玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学.热力学与统计物理的发展,加强了物理学与化学的联系,建立了物理化学这一门交叉科学.研究对象热运动:构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动.热现象:与温度有关的物理性质的变化。单个分子—无序、具有偶然性、遵循力学规律.研究对

2、象特征整体（大量分子）—服从统计规律.宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）,如等.微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），如分子的等.宏观量微观量统计平均研究方法1.热力学——宏观描述实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件.1）具有可靠性；2）知其然而不知其所以然；3）应用宏观参量.特点气体的宏观量是大量分子行为的统计平均表现2.气体动理论——微观描述研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法.两种方法的关系气体

3、动理论热力学相辅相成1）揭示宏观现象的本质；2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广.特点第8章气体动理论§8.1热力学系统的平衡态§8.2理想气体状态方程§8.3物质的微观模型§8.4理想气体的压强§8.5气体分子热运动的速率及能量的统计分布律(8.5.3不讲)§8.6理想气体的温度§8.7能量均分定理理想气体的内能§8.10真实气体范德瓦尔斯方程（不讲）§8.9气体的输运现象（不讲）§8.8气体分子的平均碰撞频率和平均自由程作业:一了解气体分子热运动的图像.二理解理想气体的压强公式和温度公式，通过推导气体压

4、强公式，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系，到阐明宏观量的微观本质的思想和方法.能从宏观和微观两方面理解压强和温度等概念.了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现.教学基本要求四了解自由度概念，理解能量均分定理，会计算理想气体（刚性分子模型）内能.三了解麦克斯韦速率分布律、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义.掌握气体分子热运动的三种统计速率的计算方法.五了解气体分子平均碰撞次数和平均自由程.一定量的气体，在不受外界的影响下,经过一定的时间,系统达到一个稳定的,宏观性质不随时间变化的状态称为平

5、衡态.（理想状态）§8.1热力学系统的平衡态处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效果不随时间改变，是一种动态平衡。8.1.1平衡态描述平衡态下系统宏观性质的物理量称为物态参量或状态参量。如体积、压强、温度等。8.1.2状态参量1.气体的体积:气体所能达到的最大空间（几何描述）.单位：2.气体压强：作用于容器壁上单位面积的正压力（力学描述）.单位：ABAB绝热板导热板A、B两体系互不影响各自达到平衡态A、B两体系的平衡态有联系达到共同的热平衡状态（热平衡），A、B两体系有共同的宏观性质，称为系统

6、的温度。处于热平衡的多个系统具有相同的温度8.1.3温度温度测量ABC设A和B、B和C分别热平衡，则A和C一定热平衡。（热力学第零定律）AB酒精或水银热力学第零定律一切互为热平衡的物体都具有相同的温度，这是用温度计测量温度的依据。理想气体状态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系.摩尔气体常量对一定质量的同种气体理想气体状态方程理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体.§8.2理想气体状态方程设气体分子的质量为ｍ，气体分子的总数为Ｎ，则气体的质量，气体的摩尔质量、理想气体状态方程的另一形式一柴油的汽缸容积为0

7、.827×10-3m3。压缩前汽缸的空气温度为320K，压强为8.4×104Pa，当活塞急速推进时可将空气压缩到原体积的1/17，使压强增大到4.2×106Pa。解T2>柴油的燃点若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。例求这时空气的温度活塞最终达到平衡状态。现将活塞固定，同时使的温度各升高例用一不导热的活塞，将容器分为两部分，内盛有理想气体，活塞和气室间无摩擦，。然后撤去对活塞的固定，开始时问活塞将向哪个方向运动。(活塞将向B侧运动)物质与分子1.宏观物体是由大

8、量的分子或原子组成6.0221023个分子摩尔一秒钟数200万个,要数100亿年1摩尔的任何物质所含的分子称为阿伏加德罗常数1mol任何物质中，分子的总质量称为摩尔质量1mol例如氧气分子的摩尔质量3210kgmol(1摩尔物质的严格标准是:0.012kg所含原子数目的物质结构粒子)1210kgmol物质分子的摩尔质量分子量组成物质的分子数量非常巨大。在常温、常压下，空气的分子数密度约