气体分子运动学简要

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1、引言一、热学研究对象及内容对象：热力学系统内容：与热现象有关的性质和规律二、研究方法宏观方法：微观方法：气体动理论热力学基础从物质的微观结构出发，用统计平均方法宏观状态间的变化和过程,用实验确定规律热力学系统的平衡态三、宏观量与微观量宏观量：表征系统整体的物理量，可具体测量，如质量、体积、压强、温度等微观量：描写单个微观粒子运动状态的物理量，不能直接测量，如分子的速度，能量等广延量强度量宏观量是微观量的统计平均值1.理解平衡态,准静态过程等概念.掌握理想气体状态方程及其应用;2.理解理想气体的压强及温度的微观本质.本次课的教学主要要求:3.理解能量按自由度均分的原理.掌握和理解内能

2、的概念.重点难点理想气体的压强及温度的微观本质,内能一平衡态和准静态过程热力学系统：孤立系统封闭系统开放系统平衡状态:热力学系统达到的稳定不再有任何宏观性质变化的状态.--热动平衡注意：平衡态与稳定态、非平衡态的区别热力学过程：热力学系统状态变化的历程描述：宏观状态参量气体的状态参量:压强p,体积V,温度T.pVO平衡态用一组(p、V、T)表示p2211abcdo(l)(atm)V准静态过程:准静态过程可用P—V图上的一条曲线表示，称之为过程曲线。如果在过程的任意时刻,系统都无限接近于一个平衡态.它是由一系列依次接替的平衡态所构成的过程.例如：准静态过程P—V图上过程曲线例:准静态

3、等温膨胀做功过程的模型--体积从V1膨胀到V2PePP弛豫时间:10-3sPVO准静态传热过程的模型--温度从T1升高到T2：T1T1T1+dTT1+dTT1+2dTT1+2dTT2-dTT2-dTT2T2(1)aºF=32+1.8bºC热力学第零定律多个热力学系统处于同一热平衡状态时所具有的共同(冷热度)宏观性质.(2)tºC=T(K)–273.15理想气体温标:(K)不同单位温标间的换算:温度定量描述法:摄氏温度温标:标准温度定点:水的三相点温度273.16(K)t(ºC)华氏温标:(ºF)与物质无关经验温标与物质有关热力学温标T(K)与物质无关二宏观状态参量-温度一些实际的温

4、度值热力学零度(绝对零度)是不能达到的!—热力学第三定律三.理想气体的状态方程气体的状态参量:状态参量标准单位常用单位主要换算关系体积(代号V)升()压强(代号p)Paatm1atm=101325Pa温度(代号T)K(代号T)ºC(代号t)t=T–273.15一定质量的理想气体宏观状态间的变化和过程*标准状态参数:1摩尔气体实验规律普适气体常量玻耳兹曼常量理想气体的状态方程另一形式：注意：每个物理量的意义！理想气体的状态方程：理想气体热力学系统典型准静态等值过程曲线OpVⅠⅡV2V1p等体过程等压过程等温过程图示法:V–T.abcTVVcVa例:某种柴油机汽缸容量为0.8271

5、0-3m3.设压缩前其中气体(空气可视为理想气体)的温度是47C,压强为8.5104Pa,当活塞急剧上升时.可把空气压缩到原体积的1/17,压强增加到4.2106Pa.求此时空气的温度?这时将柴油喷入汽缸将发生怎样的情况分析这一温度超过了柴油的燃点,所以喷入柴油会立即燃烧.柴油的燃点220℃汽油的燃点427℃解:将空气看作理想气体且质量不变例:容器内装有0.1kg氧气.压强为10105Pa,温度为47C.问:容器的容积有多大?解:(1)根据理想气体状态方程(2)漏气后容器体积不变设容器内的压强、温度分别为p、T,质量为m',可见漏去气体质量m=m–m'=0.1–0.06

6、67=0.0333kg由于容器漏气,经一段时间后压强降到原来的5/8,温度降到27C.问:漏了多少氧气?(设氧气可看作理想气体)例:一容器内贮有气体,温度是27C,(1)压强为1.013105Pa时,在1m3中有多少个分子;(2)在高真空时压强为1.3310–5Pa,在1m3中有多少个分子?解:(1)(2)四.理想气体的微观模型对于由大量的分子组成的热力学系统只在质心参考系中,用统计方法,讨论热现象和热学规律实际基本特征:混乱性和无序性*分子间有空隙。*分子之间存在相互作用力。*分子在频繁的相互碰撞，永不停息地作热运动。(1)分子的体积可以忽略.(2)分子服从经典运动规律.

7、(3)除碰撞瞬间外,分子间的作用力可忽略.(4)分子之间,分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的.对于理想气体，关于每个分子的力学性质的假设五大量分子统计性假设(1)每个分子由于频繁碰撞速度不断在改变;(2)平衡态时,分子按位置的分布均匀;(3)平衡态时,分子速度按方向分布均匀,各方向运动机会均等理想气体的热力学平衡状态下,分子的平方速率平均值大量分子统计值!结论:（1）压强是大量气体分子热运动统计平均的结果,对个别分子谈压强毫无意义!（2）压强公式是一个统计规律，不是力学