大学物理气体动理论

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1、1热学（Thermology）——研究与热现象有关的规律的科学。热现象：大量分子无规则运动(热运动)的集体表现。(举例说明)热力学系统：由大量分子组成的系统。思考:大量分子都在不停地运动，为什么有的物体在运动，有的物体是静止的？可否用研究力学的方法来研究热学问题???2热学研究方法：⒉宏观法：以实验为基础，研究系统与外界的相互作用规律。⒈微观法：对大量分子的行为作统计分析，建立宏观量与微观量的联系。宏观法与微观法相辅相成。气体分子的质量、速度等等气体的体积、压强、温度等等。3第一章气体动理论(KineticTheoryofGases)主要内容：压强公式温度的微观解

2、释能量均分定理理想气体的内能麦克斯韦速率分布率4§1.1平衡态(EquilibriumState)——系统的宏观性质不随时间改变的状态⒈状态参量——描述系统平衡态的宏观量。e.g.P、V、T、M(质量)、Mmol(摩尔质量)(密度)、E(内能)、S(熵)⑴P(pressure)SI单位：Pa1Pa=1N/m21mmHg=1.333102Pa1atm=1.013105Pa其它单位：5⑵V(volume)SI单位：m3其它单位：1l=10-3m31cm3=10-6m3⑶T(temperature)②摄氏温标(Celsiusscale)单位：℃①开氏温标(Kelv

3、inscale)单位：kTc=Tk-273.15目前，T(min.)=2.41011k(激光冷却法)6⒉P-V图ABPV0点——平衡态线——准静态过程(过程中的每一时刻，系统都几乎处于平衡态)⒊两个系统的热平衡AB导热板由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时，称它们达到了热平衡。此时必有TA=TB7AB绝热板导热板C与第三个系统达到热平衡的两个系统，互相之间也达到热平衡。——热力学第零定律此时有TA=TC=TB§1.2理想气体状态方程（IdealGasEquationofState）——理想气体状态方程(Clapeyronsequation)8M——气体质量

4、(kg)Mmol——摩尔质量(kg/mol)R=8.31J/molk——普适气体常量or摩尔气体常量Note:状态方程的另一形式：P=nkTn——单位体积内气体分子数k=1.3810-23J/k——玻尔兹曼(Boltzmann)常量[来历]9§1.3压强公式（ExpressionforPressure）推导：理想气体分子模型＋统计方法⒈理想气体分子模型⑴分子的行为犹如粒子；(分子线度(1Å)<<分子间距(10Å),当作质点)分子碰撞频率1010/s相邻两次碰撞之间的时间间隔(10-10s)>>每次碰撞的作用时间(10-13s)⑵除碰撞外，分子之间以及分子

5、与器壁之间无相互作用；10⑶碰撞是弹性的；⑷分子的运动服从经典力学规律。(分子速度(~102m/s)<<光速)⒉统计方法用于揭示大量偶然事件的整体规律。是偶然事件的一种统计描述——概率定义：pi——事件i发生的概率Ni——事件i发生的次数∑Ni——各种事件发生的总次数Note:稀薄的实际气体(n很小)接近理想气体11对理想气体的统计假设：统计规律的特点：只对大量的偶然事件才有意义；是不同于个体规律的整体规律；存在涨落。①平衡态下，分子的空间分布均匀②平衡态下，分子的速度分布是各向同性的；③平衡是动态的，即整体分布不变，但单个分子的位置和速度是不断改变的。12⒊压强

6、公式的推导XYZL1L3L2Aoi设总分子数：N器壁侧面积：A第i分子的速度：⑴在t时间内,第i分子对器壁的平均作用力①一次碰撞给予器壁的冲量：13器壁→分子：分子→器壁：②在t时间内，碰撞的概率：∵仅当分子位于距器壁vixt近的范围内,才会与器壁碰撞③在t时间内，分子给器壁的平均冲量：Iixp④在t时间内，分子对器壁的平均作用力：14⑵在t时间内，所有分子对器壁的总作用力压强公式：压强是统计量。⑶气体的压强分子的平均平动动能15§1.4温度的微观解释(TheMicroscopicInterpretationofTemperature)状态方程：P=n

7、kT压强公式：表明：温度是分子平均平动动能的标志。——温度的微观解释Note:①温度也是统计量，它反映大量分子运动的剧烈程度。16②e.g.氮气(N2),Mmol=2810-3kg/molT=0℃,T=100℃,③当T0K时，不再成立。原因：根据近代物理，当T0时，17[例1-1]容积V=10l，气体质量M=100g若分子方均根速率则压强P=?mmHg解：解法二：18解法三：§1.5能量的均分(EquipartitionofEnergy)问题：与T有关，分子的转动动能、振动动能是否也与T有关？⒈自由度(degreesoffreedom)确定一个物体的空间位置

8、所必需的独