理想气体的压强公式课件.ppt

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1、第8章（Thetheoryofmolecularmotionofgas)(6)气体动理论热学(Thermodynamics)1分子物理学是从物质的微观结构出发,应用统计的方法,研究微观态和宏观态的联系,揭示宏观量的微观本质。热力学是从能量守恒和转化的角度来研究热运动规律的,不涉及物质的微观结构。它根据由观察和实验所总结出的基本规律(主要是热力学第一定律、第二定律等),用逻辑推理的方法,研究物体的宏观性质及宏观过程进行的方向和限度等。热学是研究热现象的规律及其应用的学科,它包括分子物理学和热力学两个方面。2§8-1热力学系统平衡态一.热力学系统宏观物体是由大量分子和原子组成

2、的一个系统,这个系统就称为热力学系统。与外界完全隔绝(即与外界没有质量和能量交换)的系统,称为孤立系统。与外界没有质量交换和但有能量交换的系统,称为封闭系统。与外界既有质量交换又有能量交换的系统,称为开放系统。二.理想气体严格遵守四条定律(玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律和阿伏伽德罗定律)的气体,称为理想气体。3在不受外界影响(孤立系统)的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态,称为平衡态。平衡态不同于系统受恒定外界影响所达到的定态。平衡态仅指系统的宏观性质不随时间变化,但微观上分子仍在不停地运动和变化。四.状态参量描述平衡态下系统宏观属性的一组独立宏观量状态参量

3、。气体处于平衡态的标志是状态参量P、V、T处处相同且不随时间变化。三.平衡态4(8-1)单位:SI压强p:Pa帕斯卡(帕斯卡)。1atm=76cmHg=1.013×105Pa(atmosphere)体积V：m3;1l=10-3m3温度T：K(T=273+tC)M:气体质量(kg);Mmol:摩尔质量(kg)。普适气体恒量:R=8.31(J.mol-1.K-1)§8-2热力学第零定律(自学)§8-3理想气体的状态方程5玻耳兹曼常量k=R/No=1.38×10-23(J.K-1)R=8.31(J.mol-1.K-1)于是理想气体状态方程又可写为pV=NkT式中：n=N/V—分

4、子的数密度。或p=nkT(8-2)m分子质量,N气体分子数(8-1)6例题8-1估算在标准状态下，每立方厘米的空气中有多少个气体分子。解由公式：p=nkT，标准状态:p=1atm=1.013×105Pa,T=273=2.7×1025(个/m3)=2.7×1019(个/cm3)7例题8-2一氧气瓶的容积V=32l,瓶中氧气压强p1=130atm。规定瓶内氧气的压强降到p2=10atm时就得充气,以免混入其他气体而需洗瓶。一车间每天需用pd=1atm的氧气Vd=400l,问一瓶氧气能用几天?解抓住：分子个数的变化，用pV=NkT求解。使用后瓶中氧气的分子个数:(设使用中温度保

5、持不变)每天用的氧气分子个数:能用天数：未使用前瓶中氧气的分子个数:8例题8-3一长金属管下断封闭,上端开口,置于压强为po的大气中。今在封闭端加热达T1=1000K,而另一端则达到T2=200K，设温度沿管长均匀变化。现封闭开口端，并使管子冷却到TE=100K。计算此时管内气体的压强(不计金属管的膨胀)。解初态(加热时)是定态,但不是平衡态。末态是平衡态。关键是求出管内气体的质量。.......图8-1x,L管长对x处的气体元(dx,dM)可视为平衡态:dxxdM9.......图8-1xdxx,S管横截面积10.......图8-1xdxx末态:封闭开口端,并使管子冷

6、却到TE=100K。=0.2po最后得11§8-4理想气体的压强和温度一.理想气体的微观模型(1)分子本身的线度与分子之间的平均距离相比可忽略不计。(2)分子之间距离很大,除碰撞的瞬间外,可不计分子间的相互作用力;如无特殊考虑,重力也可忽略。(3)分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞是完全弹性的,即气体分子的动能不因碰撞而损失。(4)分子在做永不停息的热运动。无外力场时，处于平衡态的气体分子在空间的分布是均匀的；分子沿任一方向运动的概率是相等的，于是可作出如下统计假设：12二.理想气体的压强公式理想气体处于平衡态下，气体在宏观上施于器壁的压强,是大量分子对器壁不断碰撞的结果

7、。单位时间内与器壁A上单位面积碰撞的分子数,显然就是在此斜柱体中的分子数：niix一个分子碰撞一次给器壁A的冲量：ixix图8-2A........2mix设容器内气体分子质量为m,分子数密度为n,而单位体积中速度为i的分子数为ni。现沿速度i方向取一底面为单位面积、高为ix的斜柱体。13单位时间内与器壁A上单位面积碰撞的分子数：niix一个分子碰撞一次给A面的冲量：2mixx图8-3A........ixi这些分子单位时间内给予器壁A单位面积上的冲量就为：2mniix2对所有可