大学物理第8章-1

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1、第三篇热学统计平均绪论热学:是研究物质的与温度有关的性质和分子热运动的规律及其应用的学科，是物理学的一个重要组成部分。研究对象：由大量分子组成的物质系统．研究方法：不能用研究质点系的方法进行研究．微观模型宏观热现象微观本质力学规律统计方法根据对热现象研究方法的不同，热学又可分为宏观理论和微观理论两部分。微观理论统计物理学宏观热现象宏观热现象的规律观察实验逻辑推理宏观理论热力学描写宏观物质整体特征的量。如体积、温度、压强和内能等。宏观量描写单个微观粒子特征的量。如分子质量、位置、速度、能量等。微观量第八章气体

2、分子动理论气体分子动理论的基本概念研究思路根据研究对象：理想气体的特点和研究任务，提出平衡态的概念，建立理想气体的微观模型，提出统计假设，在此基础上应用力学规律，推导出理想气体的压强公式，结合理想气体的状态方程，得到温度公式，从而揭示宏观量压强和温度的微观本质。应用自由度的概念，得到能量按自由度均分原理，揭示宏观量--内能的本质。集中体现了气体动理论的研究方法。根据气体分子热运动的图景，提出分子速率分布和速度分布的概念，给出麦克斯韦速率分布律和速度分布律。根据分子的有效半径推导出气体分子的平均碰撞频率和平均

3、自由程的计算公式。把麦克斯韦速度分布律推广得到波耳兹曼能量分布律。一、状态参量、平衡状态与非平衡状态由大量分子、原子组成的宏观物质称为热力学系统或系统。1、系统与外界系统以外且与系统发生物质、能量交换的物质系统称为外界。根据系统和外界的关系，可将系统分为以下几种类型：孤立系统：与外界不发生任何物质和能量交换的系统。封闭系统：与外界只有能量交换没有物质交换的系统。开放系统：与外界同时发生能量交换和物质交换的系统。系统与外界之间的界面叫做系统的边界。气体分子动理论的基本概念常见的热力学系统的状态参量是压强、体积

4、和温度等。2、状态参量：描述热力学系统状态的宏观物理量，称为状态参量。体积V：气体所能达到的最大空间。（几何描述）单位：温度T：描述系统冷热程度的物理量，标志系统内部分子无序运动的剧烈程度。（热学描述）热力学温标T：单位为K（开尔文）摄氏温标与热力学温标的关系为：摄氏温标t：单位为0C（摄氏度）。压强p：垂直作用于容器壁单位面积上的压力。（力学描述）单位：标准大气压：华氏（Farenheit）温标选用NH4Cl(氯化铵)和水的混合物的温度为0°,而以人(他妻子)的体温为96°。　　后来改为冰水混合物为32

5、°(即冰点),而以水沸点的温度为212°，中间分为180等份，每一等份代表1度，这就是华氏温标，用符号F表示.摄氏温度与华氏温度的换算式是：5（tºF-50）=9(tºC-10º)式中tºF——华氏温度，tºC——摄氏温度华氏度比摄氏度较小。一华氏度等于5/9摄氏度，彼此间的转换很容易。　　将摄氏度转成华氏度：直接乘以9，除以5，再加上32即行。例如，你的体温是37摄氏度。37乘以9等于333。除以5等于66.6。32加66.6得98.6，这就是你体温的华氏度数。3、平衡态：在没有外界作用的条件下，系统的

6、宏观性质不随时间变化的状态，称为平衡态。准静态过程是无限缓慢的状态变化过程，是实际过程的抽象，是理想的物理模型．准静态过程pVOpaVapbVba平衡态b平衡态准静态过程可用p-V图中的连续曲线表示。4、平衡过程：若从一个平衡态到另一个平衡态的过程中所有状态都无限接近平衡态，则此过程为平衡过程或称准静态过程。平衡态可用p-V图上的一点表示。pVOabpaVapbVb平衡态平衡态二、统计规律的基本概念1、偶然事件：在一定条件下不能预测而又可能存在的事件。例：伽尔顿板实验对单个小球而言，其运动规律完全是偶然的。

7、大量小球或一个小球重复投入许多次的分布具有必然性；即系统的宏观性质是大量微观粒子运动的集体表现。宏观量与相应的微观量的统计平均值有关。2、统计规律：大量偶然事件的总体所具有的统计规律性。求统计平均值寻找统计规律的方法定义M的统计平均值。定义系统处于微观状态A的次数NA除以实验总次数N所得的比值，在N→∞时的极限值，称为系统处于微观状态A的概率，即描述随机事件出现的可能性大小的量度4、涨落：宏观量的实际测量值与统计平均值的偏差。归一化条件系统处于一切可能状态的概率总和等于1。设系统处于确定的宏观态状态时，测量

8、值是MA的次数为NA；测量值是MB的次数为NB，…实验总次数为3、统计平均值与概率统计平均值当时，分子力主要表现为引力.当时，分子力主要表现为斥力；三、物质的微观结构模型1、分子、原子观点:宏观物体由大量微观粒子（分子、原子)组成。2、分子运动的观点：组成物质的分子在永不停息地作无规则的热运动。3、分子力观点：分子间有相互作用力。当时，分子处于平衡状态，分子力为零；四、理想气体的微观结构模型与统计假设1）理想气体