第2章+真空技术的稀薄气体理论.ppt

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1、真空物理与技术第2章真空技术的稀薄气体理论第二章真空技术的稀薄气体理论气体定律气体分子运动论气体中的输运现象气体定律物质的物理态分子的聚合体固态、液态或气态取决于分子间相互作用力的强度和每个分子的平均动能分子间毫无相互作用的物理态称为理想气体分子都是微小的球体它们的体积于气体实际所占的空间比非常小分子间毫无作用力它们完全无规则地沿直线运动分子间碰撞完全是弹性碰撞玻义耳-马略特定律M一定，等温变化一定质量的气体，当温度保持不变，它的压强和体积的乘积等于常量PV=常数P1V1=P2V2真空技术中PV表示气体量实际真空

2、系统：PV=CM查理定律M一定，等容变化一定质量的气体,在恒定容积下,气体的压力随温度线性变化Pt=P0(1+βt)（摄氏温标）β=1/273t上升1℃，P上升1/273PT=P0βT（绝对温标）P1/P2=T1/T2盖-吕莎克定律M一定，等压变化一定质量的气体，压力保持不变时，它的体积随温度线性变化Vt=V0(1+βt)V0：0℃时体积Vt：t℃时体积β：等压膨胀系数＝1/273VT=V0βTV1/V2=T1/T2一般气体定律P0V0T0->P2V2T2先等压膨胀到P1V1T1盖-吕莎克定律P0=P1然后等温膨

3、胀到P2V2T2玻义耳定律T1=T2P0V0/T0=P2V2/T2PV/T是恒定值阿伏加德罗定律克分子以克为单位，数值上等于物质的分子量的重量一克分子氧是32克，一克分子氢是2.016克阿伏加德罗定律不同种类的气体在同温同压下，等容积内含的分子数相同一标准体积的气体质量正比于它的分子量0℃，760Torr，1克分子任何气体的体积是22.4升普适气体常数1克分子气体PV/T=R0PV=(W/M)R0T（理想气体状态方程）分子密度阿伏加德罗常数NA1克分子中的分子数6.023x1023单位体积分子数n=(W/M)(N

4、A/V)=(NA/R0)(P/T)P=760Torr,T=273.16Kn=2.687x1019分子数/厘米3波尔兹曼常数k=R0/NAP=n(R0/NA)T=nkT分子密度道尔顿分压定律不起化学作用的混合气体总压强等于各种气体分压强的总和i.e.If......Nt=N1+N2+N3...Pt=P1+P2+P3....Then….P1V=N1kTP2V=N2kTTotalPressure=Sumof“PartialPressures”Idealgas....Non-interactingCO2的PV曲线A，

5、B：高温情况下，符合玻义耳定律的双曲线，符合理想气体假设C出现拐点DE完全不同于理想气体的双曲线LM气态沿着平台N-O，系统体积变化而温度、压强不变。N点是气态，O点是液态，K点系统一部分是液态每条曲线只有一个平台，即在给定温度下，只有一个使气体液化的压强比曲线C温度更高时，没有能使气体液化的压强，P叫做临界点压强越高，发生液化过程的温度也越高，气体液化的温度称为沸点，取决于系统压强分子施加于周围的气体和液体的压强称为蒸气压，蒸气压取决于物质的温度气-液相变化液体的沸点蒸气压等于环境压强时的温度标准沸点-对应于1

6、个大气压时的蒸气压曲线右侧为蒸汽，左侧为液体水的蒸气压曲线20C时，水的蒸汽压17.5Torr水银的蒸汽压10-3Torr液-固相变化大气压下对应于液-固变化的温度称为凝固点或熔点凝固时膨胀凝固时收缩液-固转变曲线三相点蒸气压曲线上各点液体和蒸气共存凝固点曲线上各点固体和液体共存两条曲线交叉点称为三相点三相点以下，不经液态直接升华沸腾、凝固和升华曲线气体分子运动论气体的压强压强大量气体分子对器壁不断碰撞的结果首先考虑单个分子在一次碰撞中对dA的作用然后考虑一段时间dt内所有分子施加与dA的总冲量分子施加于dA的冲

7、量是2mvix宏观压力dA气体压强数值上等于单位体积气体分子总动能的2/3统计平均量，统计规律，不是力学规律温度的微观解释气体分子的平均动能只于温度有关与热力学温度成正比温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度能量均分定理粒子在每一自由度上的能量为P=nkT气体分子的速率分布气体分子速率分布的定性说明分子处于无规则的运动和不断的碰撞，速率不断变化能量守恒、动量守恒平衡状态时，密度分布均匀，有确定的P,T说明服从大小一定的分布分布：将粒子按某一物理量的大小进行分类，然后统计其相应的数目分子速率分布就是要知道各速率

8、间隔内分子的百分比以及大部分分子分布在哪个速率区间速率分布函数f(v)的物理意义：表示速率在v附近单位速率间隔内的分子数占总分子数的百分比平衡条件下粒子数守恒气体分子各向同性，同种气体分子分子间引力忽略N表示一定量气体分子总数dN表示速率分布在某一区间v-v+dv内的分子数dN/N表示分布在这一区间内的分子数百分比不同速率附近取相等间隔，dN/N一定不同，即比率与速率相关