第七章气体动理论

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1、热学第四篇热运动：物体中分子或原子无规则的运动。宏观量：表征大量分子集体行为特征的物热学：研究物体的热性质及热运动的规律。例：热胀冷缩、相变、高温退磁。性质、形态的变化。热现象：由于物体温度的变化而引起物体例：一个分子的直径、质量微观量：表征个别分子行为特征的物理量。理量。例：温度、压强按照研究方法的不同，热学可分为两门学科，即热力学和统计物理学。它们从不同角度研究热运动，二者相辅相成，彼此联系又互相补充。热力学是研究物质热运动的宏观理论。从基本实验定律出发，通过逻辑推理和数学演绎，找出物质各种宏观性质的关系，得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论

2、。具有高度的普适性与可靠性。但因不涉及物质的微观结构，而将物质视为连续体，故不能解释物质宏观性质的涨落。统计物理学是研究物质热运动的微观理论。从物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发，运用统计方法，把物质的宏观性质作为大量微观粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与微观量的关系，进而解释物质的宏观性质。在对物质微观模型进行简化假设后，应用统计物理可求出具体物质的特性；还可应用到比热力学更为广阔的领域，如解释涨落现象。气体动理论kinetictheoryofgases第七章§7-1平衡态理想气体§7-2理想气体的压强与温度§7-4Maxwell速率分布律§7-

3、3自由度能量均分定理在研究热现象时，将物体看作是由大量分子、原子所组成的系统，称这一系统为热力学系统。力学体系的状态可以用一组来描述。rv、问题：rv、来描写热学体系的状态能否用一组？§7-1平衡态理想气体热学系统所包含分子数的数量级为1023,的变化，这就是哲学上的从量变到质变。1023r、v个牛顿方程，去描写就要解若用研究对象数量的增加必然引起物理规律这是不可能的。rv、来描写热学体系的状态能否用一组？热学规律从本质上不同于力学规律。热现象服从统计规律。一、物质结构的分子假说(1)宏观物体是由大量微观粒子(分子或原子)组成的；(2)物体内的分子在永不停

4、息地作无规则的热运动；(3)分子间存在相互作用。分子力实验表明----任何物质1mol所含有的分子个数相同，这个数叫阿伏伽德罗常数NA，有:分子数密度----单位体积内的物质分子的个数，通常用n表示，即:二、热力学系统的状态参量1、热力学系统热力学系统:在热力学中，一般把所研究的宏观物体(如气体、固体、液体、化学电池等等)叫做热力学系统，简称系统，也称工作物质。外界:与热力学系统相互作用的环境称为外界。开放系统:能够与外界进行物质交换封闭系统:与外界只有能量交换无物质交换孤立系统:与外界既能量交换也无物质交换描述气体状态的物理量。对于一定量的气体的状态,一

5、般用V,P,T这三个状态参量来表征。我们所研究的气体的状态都是指平衡态。1.体积Volume:从几何角度描述平衡态。p、V、T状态参量V是气体分子运动时所能达到的空间,而不是气体分子自身的体积。对理想气体来讲,就是容器的体积。2、气体的状态参量：2.压强Pressure:从力学角度描述平衡态。压强P的单位：帕斯卡（帕，Pa）×51.0110(Pa)1标准大气压（atm）=3.温度Temperature:从热力学角度描述平衡态。tT=273.15+(t：摄氏温度)热力学温度T(absolutetemperature)：压强P是气体作用在容器壁单位面积上的垂直

6、力,是气体分子碰撞器壁的宏观表现。温度的高低反应物质内部分子运动的剧烈程度。三、平衡状态(thermalequilibrium)对平衡态说明几点:2.平衡态是一个理想的概念。它用P-V图上的一点表示,如图Ⅰ、Ⅱ两点。平衡态：处于不变外界条件下的热学系平衡态。系统的宏观状态不随时间改变，称此状态为长时间后达到一个确定的状态，在此状态下统（系统与外界无质量和能量交换）经过很1、对于气体，在平衡态时压强、温度、分子数密度处处相等，且不随时间改变。终了(平衡态)扩散(非平衡态)..............................开始隔板..........

7、....................抽去隔板...............................四、平衡过程(courseequilibrium)此过程在P-V图上则可用一条相应的曲线来表示。若不是平衡过程,就无法用P-V图中的曲线表示。上面讲的平衡态是气体与外界不交换能量。当气体与外界交换能量时,它的状态就要发生变化。气体从一个状态不断地变化到另一个状态,其间所经历的过渡方式称为状态变化的过程。如果过程所经历的所有中间状态都无限接近平衡状态,这个过程就称为平衡过程。等温线容等线压等线pV0平衡过程在pV图上用一条曲线表示。（等容升温）平衡过

8、程的实现TdT+1大热源+T2dT1大热源T2大热源T1系统+Td