《大学物理教学课件1》第7章.ppt

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1、大学物理学热力学系统的热现象及其规律。研究对象热力学系统：由大量微观粒子构成的有限的宏观系统。热现象：一切与温度有关的现象。第7章气体动理论第7章气体动理论本章主要内容：1、气体动理论的基本概念2、理想气体的压强和温度的微观解释3、能量按自由度均分定理理想气体的内能4、麦克斯韦分布律和玻尔兹曼分布律5、气体分子的平均碰撞频率和平均自由程根据对热现象研究方法的不同，热学又可分为宏观理论和微观理论两部分。微观模型宏观热现象微观本质力学规律统计方法宏观热现象宏观热现象的规律观察实验逻辑推理微观理论统计物理学宏观理论热力学统计平均描写宏观物质整体

2、特征的量。如体积、温度、压强和内能等。宏观量描写单个微观粒子特征的量。如分子质量、位置、速度、能量等。微观量导论7.1气体动理论的基本概念一、物质的微观结构模型3、分子力观点：分子间有相互作用力。当时，分子力主要表现为引力。当时，分子力主要表现为斥力；当时，分子处于平衡状态，分子力为零；1、分子、原子观点:宏观物体由大量微观粒子（分子、原子)组成。2、分子运动的观点：组成物质的分子在永不停息地作无规则的热运动。二、理想气体的微观结构模型与统计假设1）理想气体分子可视为质点，运动遵循牛顿运动定律。2）理想气体分子间、分子与器壁间的碰撞是完全

3、弹性的。3）除碰撞瞬间外，理想气体分子间无相互作用。1）理想气体分子是均匀分布（分子数密度相等）的。2、统计假设:（平衡态）2）在平衡状态下，理想气体分子沿各方向运动的概率相同。分子沿各个方向运动的速度分量的各种平均值应该相等。分子运动速度1、理想气体的微观结构模型：三、统计规律的基本概念1、偶然事件：在一定条件下可能发生也可能不发生的事件。例：伽尔顿板实验2、统计规律：大量偶然事件的总体所具有的规律性。对单个小球而言，其运动规律完全是偶然的。大量小球或一个小球重复投入许多次的分布具有必然性；即系统的宏观性质是大量微观粒子运动的统计平均结

4、果，宏观量与相应的微观量的统计平均值有关。求统计平均值寻找统计规律的方法设系统处于微观状态A时，测量值是MA的次数为NA；系统处于微观状态B时，测量值是MB的次数为NB，…实验总次数为。定义M的统计平均值。定义系统处于微观状态A的次数NA除以实验总次数N所得的比值，在N→∞时的极限值，称为系统处于微观状态A的概率，即统计平均值描述随机事件出现的可能性大小的量4、涨落：宏观量的实际测量值与统计平均值的偏差。归一化条件系统处于一切可能状态的概率总和等于1。3、统计平均值与概率四、状态参量、平衡状态与非平衡状态由大量分子、原子组成的宏观物质称为

5、热力学系统或系统。1、系统与外界系统以外且与系统发生物质、能量交换的物质系统称为外界。根据系统和和外界的关系，可将系统分为以下几种类型：系统与外界之间的界面叫做系统的边界。孤立系统：与外界不发生任何物质和能量交换的系统。封闭系统：与外界只有能量交换没有物质交换的系统。开放系统：与外界同时发生能量交换和物质交换的系统。常见的热力学系统的状态参量是压强、体积和温度等。2、状态参量压强p：垂直作用于容器壁单位面积上的压力。（力学描述）体积V：气体所能达到的最大空间。（几何描述）温度T：描述系统冷热程度的物理量，标志系统内部分子无序运动的剧烈程度

6、。（热学描述）描述热力学系统状态的宏观物理量，称为状态参量。热力学温标T：单位为K（开尔文）单位：单位：摄氏温标与热力学温标的关系为：摄氏温标t：单位为0C（摄氏度）。标准大气压：3、平衡态1）单一性，状态参量处处相等。2）稳定性，状态参量与时间无关。3）平衡态是热动平衡。4、平衡过程平衡态可用p-V图上的一点表示。在没有外界作用的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态，称为平衡态。准静态过程pVOpaVapbVba平衡态b平衡态准静态过程是无限缓慢的状态变化过程，是实际过程的抽象，是理想的物理模型．准静态过程可用p-V图中的连续曲线表

7、示。若从一个平衡态到另一个平衡态的过程中所有状态都无限接近平衡态，则此过程为平衡过程或称准静态过程。pVOabpaVapbVb平衡态平衡态说明五、理想气体的状态方程1mol,NA=6.023×1023/mol─阿佛加德罗常数描述理想气体在任一平衡态下各宏观状态量之间的关系。—玻尔兹曼常量7.2理想气体的压强和温度的微观解释一、理想气体的压强公式及其统计意义微观本质密集的雨点持续地倾泻在伞面上，对伞面产生一个持续的压力，由此产生作用于伞面上的压强。容器中数目巨大的气体分子频繁碰撞器壁，会对器壁产生持续的压力，从而产生器壁上的压强．压强：大量

8、分子碰撞器壁单位时间内、作用于器壁单位面积的平均冲量。大量分子不断碰撞器壁，对器壁单位面积的平均冲力。研究对象：立方容器l1、l2、l3；总分子数N；分子质量为m。单个分子遵循力学规律分子碰撞