大学物理- 气体、固体和液体的基本性质.ppt

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1、第九章气体、固体和液体的基本性质§9-1气体动理论和理想气体模型§9-2理想气体的压强和温度§9-3理想气体的内能§9-4麦克斯韦速率分布律§9-5范德瓦耳斯方程§9-6气体内的输运过程§9-7固体的性质及晶体结构§9-8晶体中离子的相互作用§9-9非晶态固体的结构和应用§9-10液体和液晶的微观结构§9-11液体的表面性质§9-1气体动理论和理想气体模型2.分子处于不停息的热运动中。1.分子具有一定的质量和体积。NA=6.02213671023mol1。一、气体的分子状况3.分子之间以及分子与器壁之间进行着频繁碰撞。4.分子之间存在分子力作用r0O

2、F斥力r引力(s>t)分子力是短程力半经验公式二、理想气体的模型(perfectgas)1.具有一定质量;2.遵从牛顿运动定律;3.不存在分子力的相互作用;4.完全弹性碰撞.三、理想气体状态的描述1.气体系统的平衡态：一个任意的气体系统，如果外界对它没有作用和影响，经过一定时间后，系统必将达到一个稳定的、其宏观性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡态。2.态参量：对于一个物质系统来说，可以用一组宏观物理量来描述它所处的平衡态。这组描述系统状态的宏观物理量，称为态参量。常用以下三个态参量来描述系统的平衡态：(1)系统的体积V(volume)，表示系统中气

3、体分子所能到达的空间的体积。(2)系统的压强p(pressure)，表示气体作用于容器器壁单位面积上的垂直压力的大小。(3)系统的温度T(temperature)，微观上反映了系统中分子热运动的强弱程度，宏观上表示系统的冷热程度。对温度的分度方法所作的规定，称为温标。国际上规定热力学温标为基本温标，用T表示。其单位是K(开尔文)。摄氏温标是常用的温标，用t表示，其单位是℃，它与热力学温标之间有下面的关系:t=T273.15.3.理想气体物态方程系统的物态方程：在平衡状态下，系统的V、p和T之间存在的关系。理想气体的物态方程：普适气体常量：R=8.314

4、510Jmol1K1。实验表明,在高温、低压条件下,各种真实气体的行为都很接近理想气体物态方程的规律。例：下图是化学测定易挥发液体分子量的装置。将玻璃容器中的四氯化碳放在热水中加热，四氯化碳挥发时将容器内的空气赶出。当四氯化碳全部汽化时，立即将细颈封住，这时容器内四氯化碳蒸汽的压强等于大气压。如果称得容器内蒸汽的质量为1.6010-3kg，容器的容积为30110-6m3，热水的温度为80℃，就可求得四氯化碳的分子量。解：根据理想气体物态方程分子量为154单位体积内的分子数：n=N/V.一、理想气体的压强公式气体的压强等于大量分子在单位时间内施

5、加在单位面积器壁上的平均冲量。xyzS1S2vimivi'l1l2l3容器中任意的第i个分子,设其速度为它与器壁S1作完全弹性碰撞后速度为§9-2理想气体压强和温度分子i在x方向上连续两次碰撞所需的时间：2l/vix,单位时间内，分子i与S1面的碰撞次数：vix/(2l1),单位时间内施于S1面的总冲量：（2mvix2/2l1）容器内大量分子对器壁S1的平均作用力：其中：单位时间内，所有分子施与S1面的压强为：平衡态下，对大量分子而言，其速度分量的平均值按方向的分布是均匀的，有：因为：所以：所以：引入分子的平均平动动能，将其定义为分子的质量与系统中分子速

6、率平方的平均值的乘积之半，即将两式联立式得这就是气体压强公式。该式用微观量分子平动动能的平均值量度了系统的宏观量压强。说明了气体压强是大量分子对容器器壁无规则剧烈碰撞的平均结果。二、热力学第零定律热接触：当处于一定平衡态的两个系统A和B相互接触时，它们之间发生热量传递的现象。热平衡：经过一定时间后，两个系统的状态不再变化并达到一个共同的稳定状态。热力学第零定律:如果系统A和系统B同时与第三个系统C处于热平衡，则A、B之间也必定处于热平衡。温度的宏观意义是决定一个系统是否与其它系统处于热平衡的宏观标志，彼此处于热平衡的所有系统，必定具有相同的温度。比较p=

7、nkT和由理想气体的状态方程：pV=MRT/若分子总数为N，M=Nm;=NAm则有：pV=NRT/NA气体分子的平均平动能与系统的温度成正比，温度是气体内部分子热运动强弱程度的标志。二、温度的微观解释定义玻耳兹曼常数:k=R/NA=1.3810-23JK-1则pV=NkT或:p=nkT得平均平动能:讨论：1.当气体系统的温度达到绝对零度时，分子平均平动动能等于零,这一结论是理想气体模型的直接结果。2.实际气体只是在温度不太低、压强不太高的情况下,才接近于理想气体的行为。3.从理论上说，热力学零度只能无限趋近而不可能完全达到。所以“当气体的温度达到

8、绝对零度时，分子的热运动将会停止”的命题是不成立的。由平均平动能:可以计算分子的