大学物理课件--气体动理论.ppt

《大学物理课件--气体动理论.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、气体动理论1．理想气体的压强和温度2．能量按自由度均分定理3．麦克斯韦速率分布律本章要点热学：研究与热现象有关的物质运动规律的科学。包括热力学（宏观理论）统计物理学（微观理论，气体动理论是其初级理论）热现象：与温度有关的物理性质及状态的变化。是物质中大量分子不停地、无规则运动（热运动）的集体表现。5.1理想气体的压强理想气体的微观模型1.分子的结构和大小可忽略不计--质点。2.分子间除碰撞瞬间外相互作用及重力可忽略不计。3.分子之间、分子与器壁的碰撞为完全弹性碰撞。统计假设：各向同性理想气体状态方程：分子间作用力分子数密度玻尔兹曼常数摩尔气体常数（普适气体

2、恒量）阿佛伽德罗常数理想气体的压强公式气体压强的本质：大量气体分子对器壁持续不断撞击的宏观平均效果。设:一个分子一次冲量:2.一个分子dt冲量:3.N个分子dt冲量：∴平均冲力4.气体压强：理想气体压强公式代入理想气体状态方程得：理想气体温度公式分子平均平动动能热力学温度T=t+273.16理想气体压强、温度的物理意义：压强是容器中大量气体分子在单位时间内施于器壁单位面积冲力的统计平均值。2.温度是分子无规则热运动强弱的标志。3.理想气体的压强、温度均为统计概念，是用来描述大量分子的集体状态，对单个分子谈论它的压强、温度是毫无意义的。例1：一定质量气体,当

3、温度不变时，压强随体积减小而增大；当体积不变时，压强随温度升高而增大。请从微观上说明这两种变化的区别。解：由公式(1)不变即不变，压强增大是因为分子数密度增大导致单位时间撞击器壁的分子增多。(2)不变即不变，压强增大是因为分子速度增大，导致单位时间撞击器壁的次数增多，同时每次撞击的冲量增大。例2:（2）氧气分子的质量：（3）分子平均平动动能：（1）由可得到单位体积内的分子数：一容器内贮有氧气，其压强，温度℃，求：（1）单位体积内的分子数；（2）氧分子的质量；（3）分子的平均平动动能。解：压强不太大，温度不太低，可视为理想气体。5.2能量按自由度均分定理研究

4、气体的能量时，气体分子不能再看成质点，微观模型要修改，因为分子不仅有平动，还有转动和振动。自由度确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数。如果把火车、轮船、飞机都看作是质点，则：火车有一个（平动）自由度轮船有两个（平动）自由度飞机有三个（平动）自由度对于刚体，除了平动还有转动：1.确定质心位置，需要三个独立坐标。2.确定质心轴方向，需要两个独立坐标。3.刚体绕质心轴转动，需要一个独立坐标。因此，自由刚体共有6个自由度：3个平动自由度和3个转动自由度。对于气体分子：1.单原子分子可视为质点，有3个平动自由度。2.常温下，双原子及多原子分子中原子间的相对位置变

5、化可忽略（刚性键）。双原子分子有3个平动自由度和2个转动自由度。多原子分子有3个平动自由度和3个转动自由度。3.高温下，需考虑原子间的振动（非刚性键），还有振动自由度。xyz0原子数自由度数平动t转动r振动sN=1300N=2321N≥3333N-6注：1.没有特别说明时，均视为刚性键。2.惰性气体（氦、氖气等）为单原子分子，氢、氧、氮气等为双原子分子，二氧化碳等为多原子分子。气体分子的自由度分子平均平动动能平动有三个自由度，按各向同性的假设，每个自由度具有相同的平均动能。推广：在温度为的平衡状态下，物质分子的每一个自由度都具有相同的平均动能。∴分子的

6、平均总动能为又∵谐振动的平均动能和平均势能相等能量按自由度均分定理∴一个分子的平均总能量为总理想气体的内能气体的内能：所有气体分子总能量和分子间势能的总和。理想气体分子间无相互作用，其内能是所有分子平均总能量之和。理想气体的内能：理想气体的内能只是温度的单值函数！例3：习题5-3解：（1）分子每个自由度的平均动能（2）分子的平均平动动能（3）分子的平均总能量（4）1摩尔理想气体的内能（5）摩尔理想气体的内能例4：假设开有小口的容器的容积为V，其中充满着双原子分子气体，气体的温度为T1,压强为p0,在将气体加热到较高温度T2的过程中，容器开口使气压恒定，试证

7、在T1和T2时，容器内气体的内能相等。解：依题意在T1和T2时，气体的内能分别为：∴E1=E25.3麦克斯韦速率分布律气体中各分子的速率大小不等且不断变化，然而从大量分子整体来看，它们的速率分布遵守一定的统计规律。速率分布函数设总分子数为N，之间的分子数为dN,则：速率在区间内的分子数占总分子数的比率(或某分子的速率在区间内的概率）：（阴影面积）速率分布曲线vv+dvv分子的速率分布函数意义：速率分布在附近单位速率间隔内的分子数占总分子数的比率。归一化条件麦克斯韦速率分布律22232)2(4)(vekTmvfkTmv-=pp速率分布曲线随温度和分子质量的变

8、化vpv分子速率的三个统计值1.最概然速率取极大值时对应的速率2.