2019年 大学物理第五章新PPT ppt课件.ppt

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1、第五章气体动理论10/7/2021吉林大学物理教学中心热学（heat）：研究物质热现象及热运动规律的学科。研究对象：由大量分子、原子组成的物体或物体系的热运动形态，以及热运动和其它运动形态之间的转化规律。研究方法：热力学(thermodynamics)：根据对宏观热现象的直接观察和试验，总结得出所遵从的规律；气体动理论(kinetictheoryofgasas)：通过微观粒子运动与宏观热现象之间的内在联系，研究宏观物体的热性质，揭示热现象的微观本质。热学概述10/7/2021吉林大学物理教学中心5.1热运动的基本概念理想气体5.1.1气体动理论的基本观点（1）宏观物体是由大量微

2、粒子（分子或原子）组成。（2）物体内的分子处在无规则的热运动中，其激烈程度与物体的温度有关。（3）分子间存在一定的作用力。10/7/2021吉林大学物理教学中心二、统计平均值和平衡态1、算术平均值2、统计平均值系统宏观量是相应微观量统计平均值。10/7/2021吉林大学物理教学中心3、平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。非平衡态平衡态说明：１）理想状态。２）动态平衡。10/7/2021吉林大学物理教学中心气体的状态参量：（1）体积V（volume）：通常是指组成系统的分子活动的

3、范围。也就是盛气体容器的容积。与气体本身体积总和是完全不同的。单位：米3（m3）（2）压强P（pressure）：是指气体对容器壁单位面积上产生的垂直压力，与分子热运动的频繁程度和剧烈程度有关。单位：帕斯卡（Pa）（3）温度T（temperature）：宏观上表现为冷热程度，而微观上它表示的是分子热运动的剧烈程度。科学的温度概念是建立在热平衡概念的基础上的。单位：热力学温标——开尔文（K）10/7/2021吉林大学物理教学中心系统从一个热力学状态变化到另一个状态,称为热力学过程。热力学过程准静态过程系统的每一状态都无限接近于平衡态的过程。或者说是由一系列平衡态组成的过程.准静态过

4、程是无限缓慢的过程。非静态过程原平衡态一系列非平衡态新平衡态10/7/2021吉林大学物理教学中心准静态过程可以用过程曲线来表示：(p2,V2)(p1,V1)(p,V)过程曲线VOp一个点代表一个平衡态10/7/2021吉林大学物理教学中心热力学第零定律（ZerothLawofThermodynamics)两个系统处于热平衡时，具有某种共同的宏观性质，称之为温度。热平衡状态形成实验表明：系统A和系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡，那么A与B接触时，它们也必定处于热平衡。——热力学第零定律温度的数值表示法称为温标(thermometricscale)摄氏温标t与热力学温标T(

5、K)的关系是t＝T－273.15（℃）10/7/2021吉林大学物理教学中心热力学第三定律热力学零度（绝对零度）是不能达到的。用状态参量来描述气体平衡态。气体平衡态的描述描述单个粒子运动状态的物理量称为微观量（microscopicquantity），如质量、位置、动量、能量等，相应的用微观量描述的系统状态，称为微观态；描述系统整体特性的可观测物理量称为宏观量（macroscopicquantity），如温度、压强、热容等，相应的用一组宏观量描述的系统状态，称为宏观态。10/7/2021吉林大学物理教学中心5.1.3理想气体状态方程（equationofstateofidea

6、lgas）理想气体（idealgas）成立条件：压强不太大；温度不太低。在任何情况下都很好地遵从以下三个定律的实际气体。（1）玻意耳—马略特定律（Boyle-Mariottelaw）：PV=常数（2）盖—吕萨克定律（Gay-Lussaolaw）：（3）查理定律（Charleslaw）：在一般温度和低压强条件下，日常气体可视为理想气体。10/7/2021吉林大学物理教学中心理想气体状态方程反映理想气体压强P、体积V、温度T之间的关系式。根据上述三条试验定律，可以给出理想气体状态方程为称为普适常数。其中若定义一个新的常数k，即玻尔兹曼常数（Boltzmannconstant）理想

7、气体状态方程可以写为P=nkT(5.2)10/7/2021吉林大学物理教学中心5.2气体分子热运动的分布规律5.2.1气体分子热运动的特征气体分子间距大，分子间相互作用在碰撞之外可以忽略，使气体分子做惯性支配的自由运动。加之频繁碰撞，使其做杂乱无章的热运动。单个分子运动是不可预测、无规律可循的。大量分子运动是服从统计规律，有一定必然性。特征一布朗运动特征二佳洱顿板实验10/7/2021吉林大学物理教学中心5.2.2麦克斯韦气体分子的速率分布律在平衡状态下，就大量分子而言，根据统计