大学物理分子动理论.ppt

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1、第三篇热学研究物质各种热现象的性质和变化规律热力学气体动理论统计物理热力学第一定律热力学第二定律统计方法宏观量是微观量的统计平均玻耳兹曼气体动理论基础第六章麦克斯韦6-1平衡态温度理想气体状态方程一、平衡态热力学系统（热力学研究的对象）：大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。外界：热力学系统以外的物体。系统分类（按系统与外界交换特点）：孤立系统：与外界既无能量又无物质交换封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换系统分类（按系统所处状态）：平衡态系统非平衡态系统热平衡态:在无外界的影响下，不论系统初

2、始状态如何，经过足够长的时间后，系统的宏观性质不随时间改变的稳定状态。平衡条件:(1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换，(2)系统的宏观性质不随时间改变。非平衡态:不具备两个平衡条件之一的系统。箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。例如：粒子数说明：平衡态是一种理想状态处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。平衡态是一种热动平衡对热力学系统的描述：1.宏观量——状态参量平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。如压强p、体积V、温度T等

3、。2.微观量描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如分子的质量、直径、速度、动量、能量等。微观量与宏观量有一定的内在联系。二、温度表征物体的冷热程度A、B两体系互不影响各自达到平衡态A、B两体系达到共同的热平衡状态AB绝热板初态AB导热板末态ABC若A和B、B和C分别热平衡，则A和C一定热平衡。(比如C是测温计)（热力学第零定律）处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观物理性质——温度温标：温度的数值表示方法。热力学温标T与摄氏温标t的关系三、理想气体状态方程理想气体当系统处于平衡态时，各个状态参量之间的关系式。例：氧气瓶的压强降到106Pa

4、即应重新充气，以免混入其他气体而需洗瓶。今有一瓶氧气，容积为32l，压强为1.3107Pa，若每天用105Pa的氧气400l，问此瓶氧气可供多少天使用？设使用时温度不变。解:根据题意，可确定研究对象为原来气体、用去气体和剩余气体，设这三部分气体的状态参量分别为使用时的温度为T设可供x天使用原有每天用量剩余分别对它们列出状态方程，有气体对器壁的压强是大量分子对容器不断碰撞的统计平均效果。6-2理想气体压强公式每个分子对器壁的作用所有分子对器壁的作用理想气体的压强公式1、分子可以看作质点本身的大小比起它们之间的平均距离可忽略不计。2、除碰撞外，

5、分子之间的作用可忽略不计。3、分子间的碰撞是完全弹性的。一、理想气体的分子模型理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。1、平均而言，沿各个方向运动的分子数相同。2、气体的性质与方向无关，即在各个方向上速率的各种平均值相等。3、不因碰撞而丢失具有某一速度的分子。二、理想气体的分子性质平衡态下：三．理想气体的压强公式(V,N,m)平衡态下器壁各处压强相同，选A1面求其所受压强。i分子动量增量i分子对器壁的冲量i分子相继与A1面碰撞的时间间隔单位时间内i分子对A1面的冲量则i分子对A1面的平均冲力所有分子对A1面的平均作用力压强——分子的平均平动

6、动能平衡态下气体动理论第一基本方程一、温度的统计解释温度是气体分子平均平动动能大小的量度6-3温度的统计解释气体动理论第二基本方程例题:下列各式中哪一式表示气体分子的平均平动动能？（式中M为气体的质量，m为气体分子质量，N为气体分子总数目，n为气体分子数密度，NA为阿伏加得罗常量）(A)(B)(C)(D)解：√例:（1）在一个具有活塞的容器中盛有一定的气体。如果压缩气体并对它加热，使它的温度从270C升到1770C，体积减少一半，求气体压强变化多少？（2）这时气体分子的平均平动动能变化多少？解：例）一容器中贮有理想气体，压强为0.010mmH

7、g高。温度为270C，问在1cm3中有多少分子，这些分子动能之总和为多少？已知：求：N=？EK=？解：每个分子平均平动动能为：故N个分子总动能：二、气体分子的方均根速率大量分子速率的平方平均值的平方根气体分子的方均根速率与气体的热力学温度的平方根成正比，与气体的摩尔质量的平方根成反比。例题6：一瓶氮气和一瓶氦气密度相同，分子平均平动动能相同，且处于平衡态，则AT、P均相同。BT、P均不相同。CT相同，但DT相同，但√例题7：在密闭的容器中，若理想气体温度提高为原来的2倍，则A都增至2倍。B增至2倍，p增至4倍。D增至4倍，p增至2倍。C都不变

8、。√一、自由度确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数目。以刚性分子（分子内原子间距离保持不变）为例6-4能量均分定理理想气体的内能双原子分子单原子分子平动自由度t