物理b第五章气体动理论

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1、第五章气体动理论本章重点与难点重点：理想气体压强公式推导；Maxwell速率分布函数的物理意义和三种速率的应用。难点：Maxwell速率分布函数的物理意义以及有关应用。热学概述热学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.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.玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学.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.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

2、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.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揭示宏观现象的本质.气体动理论热力学相辅相成5.1平衡态理想气体物

3、态方程一气体的物态参量（宏观量）2体积:气体所能达到的最大空间（几何描述）.1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：3温度:气体冷热程度的量度（热学描述）.单位：温标（开尔文）.真空膨胀二平衡态一定量的气体，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衡态.（理想状态）自发平衡态的特点1）单一性（处处相等）;2）物态的稳定性——与时间无关；3）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）.*p-V图上的每一点表示一个平衡态N为体积V中的气体分子数，k为玻尔兹曼常数为物质的量

4、，R为摩尔气体常数M为气体的摩尔质量，为气体质量n为气体的分子数密度，n＝N/V三理想气体物态方程5.2物质的微观模型统计规律性一分子线度和分子力例标准状态下氧分子直径分子间距分子线度当时，分子力主要表现为斥力；当时，分子力主要表现为引力.分子力斥力引力二　分子热运动的无序性及统计规律性热运动：大量实验事实表明分子都在作永不停止的无规运动.例:常温和常压下的氧分子统计规律性：对大量分子而言，在偶然、无序的分子运动中，包含着一种规律性.对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时，必须用统计的方法..................

5、................................................................小球在伽尔顿板中的分布规律.统计规律当小球数N足够大时小球的分布具有统计规律.设为第格中的粒子数.概率粒子在第格中出现的可能性大小.归一化条件...................................................粒子总数5.3理想气体的压强公式平均平动动能和温度的关系1）分子可视为质点；线度间距;2）除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；一理想气体的微观模型4）分子的运动遵从经典力学的

6、规律.3）弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；设边长分别为x、y及z的长方体中有N个全同的质量为m的气体分子，计算壁面所受压强.二理想气体压强公式的推导2）分子各方向运动概率均等分子运动速度热动平衡的统计规律（平衡态）1）分子按位置的分布是均匀的大量分子对器壁碰撞的总效果：恒定的、持续的力的作用.单个分子对器壁碰撞特性:偶然性、不连续性.各方向运动概率均等方向速度平方的平均值各方向运动概率均等2）分子各方向运动概率均等分子运动速度分子施于器壁的冲量单个分子单位时间施于器壁的冲量x方向动量变化两次碰撞间隔时间单位时间碰撞次数单个分子遵循力学规

7、律单位时间N个粒子对器壁总冲量大量分子总效应单个分子单位时间施于器壁的冲量器壁所受平均冲力气体压强统计规律分子平均平动动能器壁所受平均冲力统计关系式三压强的物理意义宏观可测量量微观量的统计平均值压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.分子平均平动动能宏观可测量量微观量的统计平均值分子平均平动动能温度T的物理意义1）温度是分子平均平动动能的量度（反映热运动的剧烈程度）.2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义.3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等.（与第零定律一致）（A）温度相同、压强相同。（B）温度、压强都不同。（C）

8、温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强.（D）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强.解一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们讨论例理想气体体积为V，压强