大学物理气体动理论.ppt

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1、热学（Thermology）——研究与热现象有关的规律的科学。热现象：大量分子无规则运动(热运动)的集体表现。(举例说明)热力学系统：由大量分子组成的系统。思考:大量分子都在不停地运动，为什么有的物体在运动，有的物体是静止的？可否用研究力学的方法来研究热学问题???1热学研究方法：⒉宏观法：以实验为基础，研究系统与外界的相互作用规律。⒈微观法：对大量分子的行为作统计分析，建立宏观量与微观量的联系。宏观法与微观法相辅相成。气体分子的质量、速度等等气体的体积、压强、温度等等。2第一章气体动理论(KineticTheoryofGases

2、)主要内容：压强公式温度的微观解释能量均分定理理想气体的内能麦克斯韦速率分布率3§1.1平衡态(EquilibriumState)——系统的宏观性质不随时间改变的状态⒈状态参量——描述系统平衡态的宏观量。e.g.P、V、T、M(质量)、Mmol(摩尔质量)(密度)、E(内能)、S(熵)⑴P(pressure)SI单位：Pa1Pa=1N/m21mmHg=1.333102Pa1atm=1.013105Pa其它单位：4⑵V(volume)SI单位：m3其它单位：1l=10-3m31cm3=10-6m3⑶T(temperature)

3、②摄氏温标(Celsiusscale)单位：℃①开氏温标(Kelvinscale)单位：kTc=Tk-273.15目前，T(min.)=2.41011k(激光冷却法)5⒉P-V图ABPV0点——平衡态线——准静态过程(过程中的每一时刻，系统都几乎处于平衡态)⒊两个系统的热平衡AB导热板由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时，称它们达到了热平衡。此时必有TA=TB6AB绝热板导热板C与第三个系统达到热平衡的两个系统，互相之间也达到热平衡。——热力学第零定律此时有TA=TC=TB§1.2理想气体状态方程（IdealGasEquat

4、ionofState）——理想气体状态方程(Clapeyronsequation)7M——气体质量(kg)Mmol——摩尔质量(kg/mol)R=8.31J/molk——普适气体常量or摩尔气体常量Note:状态方程的另一形式：P=nkTn——单位体积内气体分子数k=1.3810-23J/k——玻尔兹曼(Boltzmann)常量[来历]8§1.3压强公式（ExpressionforPressure）推导：理想气体分子模型＋统计方法⒈理想气体分子模型⑴分子的行为犹如粒子；(分子线度(1Å)<<分子间距(10Å),当作质点)分子

5、碰撞频率1010/s相邻两次碰撞之间的时间间隔(10-10s)>>每次碰撞的作用时间(10-13s)⑵除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用；9⑶碰撞是弹性的；⑷分子的运动服从经典力学规律。(分子速度(~102m/s)<<光速)⒉统计方法用于揭示大量偶然事件的整体规律。是偶然事件的一种统计描述——概率定义：pi——事件i发生的概率Ni——事件i发生的次数∑Ni——各种事件发生的总次数Note:稀薄的实际气体(n很小)接近理想气体10对理想气体的统计假设：统计规律的特点：只对大量的偶然事件才有意义；是不同于个体规律的整

6、体规律；存在涨落。①平衡态下，分子的空间分布均匀②平衡态下，分子的速度分布是各向同性的；③平衡是动态的，即整体分布不变，但单个分子的位置和速度是不断改变的。11⒊压强公式的推导XYZL1L3L2Aoi设总分子数：N器壁侧面积：A第i分子的速度：⑴在t时间内,第i分子对器壁的平均作用力①一次碰撞给予器壁的冲量：12器壁→分子：分子→器壁：②在t时间内，碰撞的概率：∵仅当分子位于距器壁vixt近的范围内,才会与器壁碰撞③在t时间内，分子给器壁的平均冲量：Iixp④在t时间内，分子对器壁的平均作用力：13⑵在t时间内，所有分

7、子对器壁的总作用力压强公式：压强是统计量。⑶气体的压强分子的平均平动动能14§1.4温度的微观解释(TheMicroscopicInterpretationofTemperature)状态方程：P=nkT压强公式：表明：温度是分子平均平动动能的标志。——温度的微观解释Note:①温度也是统计量，它反映大量分子运动的剧烈程度。15②e.g.氮气(N2),Mmol=2810-3kg/molT=0℃,T=100℃,③当T0K时，不再成立。原因：根据近代物理，当T0时，16[例1-1]容积V=10l，气体质量M=100g若分子方均根

8、速率则压强P=?mmHg解：解法二：17解法三：§1.5能量的均分(EquipartitionofEnergy)问题：与T有关，分子的转动动能、振动动能是否也与T有关？⒈自由度(degreesoffreedom)确定一个物体的空间位置所必需的独立坐