第二章气体分子动理论的基本概念.ppt

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1、第二章气体分子动理论的基本概念一、物质由大量分子所组成的论点是指宏观物体是不连续的，它由大量分子或原子（离子）所组成的。利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成IBM字母的照片.2.1物质的微观模型分子的数密度和线度例常温常压下例标准状态下氧分子直径分子间距分子线度分子数密度（）：单位体积内的分子数目.隧道扫描显微镜（简称STM）它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重

2、要的测量工具又是加工工具。二、物体内的分子在不停地做着无规则热运动，其剧烈程度与物体的温度有关扩散现象说明：一切物体（气体、液体、固体）的分子都在不停地运动着。布朗运动并非分子的运动，但它能间接反映出液体（或气体）内分子运动的无规则性。由于分子之间的相互碰撞，每个分子的运动方向和速率都在不断地改变；任何时刻，在液体或气体内部，沿各个方向运动的分子都有，而且分子运动的速率有大有小。与物体的温度有关，温度越高，分子的无规则运动越剧烈为什么？1.为什么固体和液体的分子不会散开而能保持一定的体积？2.为什么固体和液体的分子不会散开而能保持一定

3、的体积？铅柱被切成两段，然后把两个断面对上，在两头加上不大的压力就能使两段铅柱重新接合起来。3.为什么固体和液体很难被压缩？三、分子间有相互作用力：斥力和引力参阅李椿p47很多物质的分子引力作用半径≈直径的两倍，超过这一距离，分子间相互作用力已很少。排斥力发生作用的距离<吸引力发生作用的距离。从上述物质分子运动论的基本观点出发，研究和说明宏观物体的各种现象和性能是统计物理学的任务本章讨论的气体分子运动论是统计物理学最简单最基本的内容。目的在于使我们了解一些气体性质的微观解释，并学到一些统计物理的基本概念和方法。一切宏观物体都是由大量分

4、子（或原子）组成的；所有的分子都处在不停的、无规则热运动中；分子之间有相互作用力。总结分子力的作用将使分子聚集在一起，在空间形成某种规则的分布（有序排列）分子的无规则运动（无序运动）将破坏分子有序的排列，使分子分散开分子间的相互作用力二者间的相互对立作用分子的无规则运动Howtoexplain?较低，分子无规则运动不剧烈，分子在相互作用力影响下在各自作微小振动。，分子无规则运动剧烈到某一程度，分子力的作用不能将分子束缚在平衡位置，但分子还不能远离。，分子无规则运动进一步剧烈到某一程度，分子相互分散、远离，做近似自由运动。一、理想气体的

5、微观模型2.2理想气体的压强综上所述经过抽象与简化，理想气体可以看成是一群彼此间无相互作用的无规运动的弹性质点的集合，这就是理想气体的微观模型。例如：在常温下，压强在数个大气压以下的气体，一般都能很好地满足理想气体方程。理想气体分子本身的线度，比起分子之间的距离来说可以忽略不计。可看作无体积大小的质点。分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的，即碰撞前后气体分子动能守恒。除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用。气体的压强二、理想气体压强公式2.为讨论方便，将分子按速度分组，第i组分子的速度为vi分子数为Ni,分子数密度为n

6、i=Ni/V,并有n=n1+n2+……+ni+….=nixdAvixdt1.体积为V的容器中储有N个质量为m的分子组成的理想气体。平衡态下，若忽略重力影响，则分子在容器中按位置的分布是均匀的。分子数密度为n=N/V.推导过程3.平衡态下，器壁各处压强相等首先考虑单个分子在一次碰撞中对的作用。1.一个分子在完全弹性碰撞后，施与碰撞面的冲量为vixdtxdA2.在dt时间内,所有分子施与dA的总冲量为关键在于：在全部速度为vi的分子中，在dt时间内，能与dA相碰的只是那些位于以dA为底，以vixdt为高，以vi为轴线的斜形柱体内的分子。

7、分子数为nivixdtdA。容器中气体无整体运动，平均来讲vix>0的分子数等于vix<0的分子数。（单位体积内的分子数）（分子质量）Howtoexplainthepressure?定义：气体分子平动能的平均值统计关系式压强的物理意义宏观可测量微观量的统计平均值压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.显示了宏观量与微观量的关系。是力学原理与统计方法相结合得出的统计规律。2.3温度的微观解释一、温度的微观解释理想气体物态方程系统总粒子数阿伏伽德罗常数定义玻耳兹曼常数温度T的物理意义3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。1

8、）温度是分子平均平动动能的量度（反映热运动的剧烈程度）.2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义.一个分子的温度是373K，对吗？：分子无规则运动激烈程度的定量表示温度标志着物体内部分子无规则运动的激烈程度方均根速率