第4讲 热学之分子动理论.ppt

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1、第5讲热学之分子动理论1一、概述二、气体分子系统的统计分布三、理想气体状态方程四、理想气体的压强公式五、温度的统计意义2一、概述热学的研究对象冷热---温度与温度有关的物理规律热学的意义：1)大量存在2)能量转化对象的特征：大量无规运动的粒子组成超人与宇宙同时出生(150亿年前)每秒数10个分子数到现在才数了3地球上全部大气约有1044个分子一个人每次呼吸气体大约是1022个分子比值接近1个摩尔的数值4统计物理的基本思想宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子进行无规运动的一些微观量的统计平均值宏观量实测

2、的物理量如PTE等微观量组成系统的粒子(分子、原子、或其它)的质量、动量、能量等等无法直接测量的量二气体分子系统的统计分布5解决问题的一般思路从单个粒子的行为出发大量粒子的行为---统计规律统计的方法模式：假设结论验证修正理论例如：微观认为宏观量P是大量粒子碰壁的平均作用力先看一个碰一次再看集体6统计方法：一个粒子的多次行为多个粒子的一次行为结果相同如：掷硬币看正反面出现的比例比例接近1/2统计规律性：大量随机事件从整体上表现出来的规律性量必须很大统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示）7分布曲线飞镖8x

3、xΔ小球落入其中一.......................................................................................................................................分布服从统计规律大量小球在空间的格是一个偶然事件小球数按空间位置x分布曲线伽耳顿板演示910什么叫统计规律？在一定的宏观条件下大量偶然事件在整体上表现出确定的规律统计规律必然伴随着涨落什么叫涨落？对统计规律的偏离现象涨落

4、有时大有时小有时正有时负例如：伽耳顿板实验中某坐标x附近Δx区间内分子数为ΔN涨落的幅度：11涨落的百分比：如涨落幅度涨落百分比什么概念呢？某次测量落在这个区间的分子数是：12如果在这个区间的分子数是：涨落幅度和涨落百分比结论：分子数愈多涨落的百分比愈小涨落实例：微电流测量时电流的涨落电子器件中的“热噪声”13三理想气体状态方程一、几个基本概念1.温度处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质2.热平衡定律(热力学第零定律)实验表明：若A与C热平衡B与C热平衡则A与B热平衡意义：互为热平衡的物体必然存在一个

5、相同的特征---它们的温度相同14二、理想气体状态方程M--质量--mol质量V--理气活动空间R--普适气体恒量第零定律不仅给出了温度的概念而且指出了判别温度是否相同的方法15常用形式系统内有N个分子每个分子质量m常用形式16分子数密度玻耳兹曼常数理想气体状态方程17热力学系统由大量粒子组成1)标况十亿亿亿182)高真空十亿大量、无规统计方法数学基础---概率论191.理气状态方程2.不漏气系统各状态的关系讨论203.P-V图通常还画P-T、P-VT-V、T–E图PVPV图上一个点代表一个平衡态一条

6、线代表一个准静态过程21四、理想气体的压强公式压强：大量分子碰单位面积器壁的平均作用力系统：理想气体平衡态忽略重力设N个同种分子每个分子质量m分子数密度n=N/V足够大速度为的分子数密度ni=Ni/VN=Nin=ni22器壁取器壁上小面元dA>>分子截面面积第1步：一个分子碰壁对dA的冲量设该分子速度为冲量是第2步：dt时间内所有分子对dA的冲量23第3步：dt时间内所有分子对dA的冲量第4步：由压强的定义得出结果24或25分子的平均平动动能压强公式指出:有两个途径可以增加压强1)增加分子数密度n

7、即增加碰壁的个数2)增加分子运动的平均平动能即增加每次碰壁的强度还可表示成26五、温度的统计意义1.温度是大量分子的集体行为是统计的结果(N--数目少无意义)2.物理意义温度是分子热运动剧烈程度的量度27在温度T的情况下分子的平均平动动能与分子种类无关如在相同温度的平衡态下氧气和氦气分子的平均平动能相同3.分子运动的平均平动能28