热学6 非理想气体 固体 液体

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1、第六章非理想气体固体液体重点：范德瓦耳斯方程4学时6-1范德瓦耳斯方程一．理想气体微观模型的基本缺陷和范德瓦耳斯气体模型的提出1．分析分子体积问题在气体处于高压状态下，必须考虑分子所占的固有体积。理论上可证明，一摩尔气体内所有分子固有体积的总和为（r=10-10m），以b来表示。2．分析分子间的引力当时，分子间的引力不可忽略弱引力的弹性刚球模型，也称苏节伦模型当时，当时，二．范德瓦耳斯方程1．分子体积引起的修正当气体分子本身的体积不可忽略时，在气体体积仍为u的情况下，分子可以自由活动的空间减小为（u-b）（6-1）由于分子有一定的体积，分子与器壁的碰撞

2、将比不计分子体积时的碰撞更频繁，因而使压强增大。2．分子力引起的修正如果分子间有引力，除此压强外，还将由于分子间的相互引力使截面两边的气体间出现彼此对拉的张力作用而使压强减小，其减少量等于单位截面两边气体分子间的引力之和。此合力既与截面左边的分子数密度成正比，又与右边的分子数密度成正比，所以，3．两项修正的结果（6-2）6（6-3）此即范德瓦耳斯方程。满足此方程的气体为范德瓦耳斯气体。a和b随气体种类的不同而不同。三．关于范德瓦耳斯方程的说明与讨论1．范德瓦耳斯方程是在理想气体状态方程的基础上经过关于分子力和分子体积的修正而建立起来的，它比后者更精确地

3、反映了气体的实际行为。对于稀薄气体来说，，，范德瓦耳斯方程变为理想气体方程。2．范德瓦耳斯方程偏离实际的原因在于实际气体分子并不是具有一定直径的钢球，而是一个构造复杂的系统。弱引力弹性钢球的模型是实际分子间相互作用势能的近似。3．如果将范德瓦耳斯方程加以变形，我们还可以从另一个角度解释其物理意义。即，　　　　　　　　　　　　（6-4）第一项与理想气体压强公式相同，这是气体内部任一截面两边的分子由于输运动量而产生的压强；第二项是分子斥力产生的，属于压力性质；第三项是分子引力产生的，属于张力性质。例6-16-2非理想气体的内能焦耳-汤姆孙效应一．非理想气体

4、的内能对于理想气体:对于非理想气体：（6-5）1mole理想气体的内能为（6-6）6因为，所以，即二．范德瓦耳斯气体的内能下面来推导范式气体的内能与温度和体积之间具体的函数关系因为是引力，所以对于1摩尔气体来说，膨胀时反抗此内力所作的功为因此，势能的增量为积分上式可得如果取气体无限稀薄（u®¥）时分子间的势能为零，则C¢=0，所以（6-7）得到一摩尔范式气体的内能与温度体积的关系为（6-8）可对气体绝热自由膨胀过程解释。三．焦耳-汤姆孙实验节流过程：这种在绝热条件下高压气体经过多孔塞或细孔（针尖型节流阀）流到低压一边的过程。焦耳-汤姆孙效应：气体在一定

5、压强下经过节流膨胀而发生温度变化的现象，称为。，叫焦耳-汤姆孙正效应，也叫致冷效应；，叫焦耳-汤姆孙负效应，也叫致温效应；，叫焦耳-汤姆孙零效应；此时温度为转换温度；转换曲线：上转换温度四．焦耳-汤姆孙效应的初步解释运用非理想气体的内能是温度和体积的函数这一理论并采用范德瓦耳斯气体模型来解释焦耳－汤姆孙效应，从而，验证非理想气体的内能不仅与温度有关而且与体积有关这一论断的正确性。外界对此系统所作的总功过程绝热，根据热力学第一定律，此过程中气体内能增量将此式改写得6　　即　节流膨胀前后，终态与初态的焓值相等（6-9）应用于不同微观模型的气体1．应用于理想

6、气体　　　理想气体的焦耳－汤姆孙效应横位零效应。2．应用于范德瓦耳斯气体（6-10）将（6-7）及（6-10）代入（6-9）则有：再将代入上式，经整理得（6-11）讨论：（1）当时，，说明气体节流膨胀后升温（出现负效应）；分子间斥力起主要作用。（2）当时，，说明气体节流膨胀后降温（出现正效应）；分子间引力起主要作用。（3）当满足（6-12）气体节流膨胀后零效应。分子间斥力和引力相互抵消。（4）转换温度为（6-13）例6-266-3*晶体的宏观特征和微观结构一．晶体的宏观特征1．单晶体2．多晶体3．非晶体（玻璃态）二．晶体的微观结构1．晶体的空间点阵2．

7、晶系和空间点阵分类6-4*晶体中粒子的结合力和结合能一．几种典型的结合力1．离子键与离子晶体2．共价键与原子晶体3．金属键与金属晶体4．范德瓦耳斯键与分子晶体（1）取向力（2）诱导力（3）色散力5．氢键二．结合力的普遍性质结合能6-5*晶体中粒子的无规则运动固体的热容和热膨胀一．热振动1．晶体热容的经典理论杜隆-柏替定律2．固体的热膨胀和热效应（1）热膨胀的宏观规律例6-3例6-4（2）固体热膨胀的微观解释二．晶体中热缺陷的产生与运动扩散6-6*液体的微观结构液晶简介6一．液体的微观结构二．液体内部压强的微观解释三．液晶简介热致液晶1．长丝状液晶（向列

8、型液晶）2．螺旋状液晶（胆畄型液晶）3．叠层状液晶（近晶型液晶）溶致液晶6-7*液体的表面张力