气体动理论基础

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1、第二篇气体动理论和热力学篇1火的发明和利用“炉火纯青”指铜水变青,可以浇铸了“淬火”“退火”取暖、制冷、发动机。。。。。。第二篇　气体动理论和热力学1769年(属清朝乾隆三十四年)瓦特使蒸汽机的使用价值大大提高，导致了欧洲的工业革命。为蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，以提高热机效率，适应生产力发展的需要2一、热学的研究对象热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。热学是研究与热现象有关的规律的科学。热力学系统，它包含极大量的分子、原子。以阿伏伽德罗常数NA=6.02×1023计。3二、热学研究的两种方法1.热力学——宏观描述实验

2、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42.气体动理论——微观描述物质的微观结构+统计方法———称为统计力学。其初级理论称为气体分子运动论（气体动理论）两种方法的关系气体动理论热力学相辅相成1）揭示了热现象的微观本质；2）可靠性、普遍性差，不可任意推广.特点5第3章　气体动理论基础§3.1平衡态温度理想气体状态方程§3.2理想气体的压强和温度§3.3能量均分定理　理想气体的内能§3.4麦克斯韦分子速率分布定律§3.

3、5分子平均碰撞频率和平均自由程6研究热现象的微观实质，根据物质的分子结构建立起各宏观量与微观量之间的关系。7§3.1平衡态温度理想气体状态方程一.平衡态1.热力学系统：大量微观粒子(分子、原子等)组成的宏观物体。外界:研究对象以外的物体称为系统的外界外界系统外界系统分类(1)孤立系统：与外界无能量和物质交换(2)封闭系统：与外界有能量但无物质交换(3)开放系统：与外界有能量和物质交换82.热平衡态宏观态：宏观性质确定的状态。稳定态：宏观性质不随时间变化的态。平衡态：在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态，称为平衡态。平衡条件：

4、(1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；(2)系统的宏观性质不随时间变化。非平衡态:不具备两个平衡条件之一的系统。说明：平衡态是一种动态平衡平衡态是一种理想状态9区分.平衡态和稳定态T1T1平衡态稳定态T2T1>T2T1稳定态可以划分成一系列近似的平衡态。103.热力学系统的描述宏观量:平衡态下用来描述系统宏观属性的物理量。状态参量：描述系统热平衡态的相互独立的一组宏观量。如：气体的p、V、T一组态参量一个平衡态描述对应态参量之间的函数关系称为状态方程(物态方程)。微观量:描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如:分子的质量、直径、速度、动量

5、、能量等。微观量与宏观量有一定的内在联系。11二.温度１.温度概念温度概念的建立是以热平衡为基础的ABCABC实验表明：若A与C热平衡B也与C热平衡则A与B必然热平衡当互相接触的两物体的宏观性质不随时间变化时，称两物体达到热平衡12热力学第零定律:如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么，这两个系统彼此也处于热平衡。(热平衡定律)。热平衡定律说明，处在相互热平衡状态的系统必定拥有某一个共同的宏观物理性质。定义:处在相互热平衡状态的系统所具有的共同的宏观性质叫温度。一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度２.温标温度的数值表示法。摄氏温标、热力

6、学温标常用温标Celsius温标：摄氏温度，℃热力学温标：用T表示，单位K13状态方程(也称克拉珀龙方程)三、理想气体状态方程理想气体：严格服从三条实验定律(玻意尔定律、查理定律、盖—吕萨克定律)的一定质量的气体注:常温、低压下许多实际气体可看作理想气体.14平衡态还常用状态图中的一个点来表示(p－V图、p－T图、V－T图)pV0A(p1,V1,T1)B(p2,V2,T2)15§3.2理想气体的压强和温度一、理想气体分子模型和统计假设1.理想气体的分子模型：(1)分子可以看作质点。(2)除碰撞外，分子力可以略去不计。(3)分子间的碰撞是完全弹性

7、的。理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。2.平衡态时，理想气体分子的统计假设有：(1)无外场时，气体分子在各处出现的概率相同。分子的数密度n处处相同，(2)由于碰撞，分子可以有各种不同的速度，速度取向各方向等概率。16二、理想气体压强公式下面计算A1壁面所受压强.（1）先讨论一个分子对A1面的一次碰撞。分子施于器壁的冲量大小为设该分子速度为vi,→则分子x方向动量的改变量为碰撞后,viy和viz不变，vix变为-vix，17（2）再考虑单位时间内该分子对A1面的碰撞。（3）再考虑单位时间内该所有分子对A1面的碰撞。18由压强定义：─又平衡

8、态下称为气体分子的平均平动动能19压强的物理意义：压强是对大量分子的分子数密度和分子平均平动动能的统计平均结果。—这就是宏观量p与微观量之间的关系注意