状态 过程 理想气体

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1、6.1状态过程理想气体6.1.1气体的宏观描述1.气体的状态参量：用来描述气体状态的变量。ll          压强P：垂直作用于容器器壁上单位面积上的力，是由分子与器壁碰撞产生的，单位：Pa。ll          体积V：分子无规则热运动所能达到的空间，单位：m3。ll          温度T：表征气体分子热运动剧烈程度的物理量，单位：K。描述气体的宏观平衡状态，是大量分子微观状态参量在足够长时间内的统计平均。图6-1平衡态与平衡过程2.平衡态与平衡过程ll          平衡态：在没有外界影响的条件下，系统状态参量长时间内不发生变化的状态，即“孤立系统热动平衡”

2、。ll          平衡过程：系统状态变化所经历的所有中间状态都无限接近平衡态的过程。3.理想气体状态方程理想气体：在任何情况下都遵守气体实验三定律及阿伏伽德罗定律的气体状态方程：，波耳兹曼常数状态方程适用条件：ll          理想气体；ll          平衡态。4.用状态方程解题步骤ll          确定对象；ll          分析P、V、T（相当力学中受力分析）；ll          根据过程特点列方程；ll          解方程并讨论。6.2分子热运动和统计规律6.2.1气体的微观图象1.分子观点宏观物体由大量分子（原子）组成；分子

3、本身有大小；分子之间存在一定的间隙。2.分子运动观点组成物质的分子在永不停息地作无规则运动，此运动与气体温度密切相关，称热运动。ll          证据：布朗运动、扩散现象、掺杂等ll          典型数据：平均速率500m/s；平均路程10-7m；平均时间间隔10-10s；每次碰撞时间10-13s。ll          基本特征：分子的永恒运动和频繁的相互碰撞。6.2.2分布函数和平均值我们以人的身高为例，来引入分布函数的概念。图6-2分布函数设N为总人数，dN(h)为身高在h－h+dh间的人数。显然令，则。我们把f(h)称为归一化分布函数。f(h)表征在单位高

4、度内，身高为h的人数占总人数的比率。N个人的平均身高为：推广至任一变量x有：对具有统计性的系统来讲，总存在着确定的分布函数f(x)，因此，写出分布函数f(x)是研究一个系统的关键之处。 6.3气体动理论的压强公式图6-3分子间的相互作用力6.3.1分子力观点分子间有相互作用力,此力为短程力,引力、视斥力距离而定。6.3.2统计观点（平衡态时）个别分子—杂乱无章，大量分子集体行为—有章可循。1)分子速率分布；2)朝各方向运动几率相等；3)分子在空间各点几率相等，即。例证：伽尔顿板实验6.3.3理想气体模型1)宏观模型满足气体实验三定律、或满足理想气体状态方程的宏观气体系统。2)

5、微观模型ll          ，分子可视作质点，L为分子间距离，d为分子线度；ll          除碰撞瞬间，分子力为零；两次碰撞之间，分子作惯性运动；ll          分子与分子、分子与器壁碰撞为弹性碰撞；ll          P不太高，T不太低。6.3.4统计假设（平衡态时）ll          分子向各方向运动机会相等；ll          分子数密度分布均匀；ll          分子速度在各方向分量平均值相等。6.3.5压强P的微观本质思想依据：理想气体微观模型和统计假设。图6-4推导压强公式用图认为：压强是大量分子碰撞器壁在单位时间、作用于器壁

6、单位面积的平均冲量；个别—间歇性；大量—持续。研究对象：立方容器：x,y,z总分子数N。平衡态：各处P相同，故只研究一个器壁A1。先考虑一个分子撞击一次：平均碰撞一次所用时间：单位时间内碰撞次数：单位时间内对A1面冲量：单位时间内平均冲力：N个分子单位时间内对A1面的平均冲力：对A1面的压强：理想气体压强公式：其中：为分子的平均平动动能。思考：为什么不考虑气体分子之间的碰撞？说明：ll          P是统计平均值“大量分子”；ll          P的微观本质；ll          分子平均平动动能概念，表征热运动剧烈程度。6.4理想气体的温度公式6.4.1分子平均

7、平动动能由状态方程和压强公式得：可见：从微观角度看，温度是分子大小的量度,表征大量气体分子热运动剧烈程度,是一统计平均值,对个别分子无意义。6.4.2方均根速率由：可见：恒定时，T也是恒定的，所以温度是反映分子热运动剧烈程度的物理量，是一种统计量。6.5能量均分定理、理想气体的内能6.5.1运动自由度：确定运动物体在空间位置所需要的独立坐标数目，称为该物体的自由度图6-5自由度1）质点的自由度空间：3个独立坐标；平面：2个独立坐标；直线：1个独立坐标。2）刚体的自由度质心位置：3（平动自由度）；转轴方位