大学物理-多媒体课件 -1 气体动理论 (1)

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1、热学1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第2篇热学2研究热现象的两大分支1.热力学宏观实验能量可靠2.统计物理微观理论模型相辅相成、相互补充普物的任务开门、见识物理的绿洲经典粒子量子粒子牛顿力学规律量子力学规律经典统计量子统计3第8章气体动理论§1微观理论的基本概念§2理想气体的压强（自学）§3温度的微观意义（自学）§4麦克斯韦速率分布律§5能量均分定理4一.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

2、运动的一些微观量的统计平均值无法直接测量的量宏观量实测的物理量如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§1微观理论的基本概念5二.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(魔术师)统计规律

3、性具有涨落性质(伽耳顿板演示）7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8三.研究统计规律的基本方法1.分间隔坐标分布速率分布能量分布92.定义相应物理量的分布函数以速率分布函数为例与v和dv有关分间隔概率分析上式发现和dv有关存在人为因素物理上需要的是只与v有关的关系10=只与速率v有关或说只是v的函数速率分布函数用dv去除得到一个新的关系速率分布函数11单位速率间隔内的分子数占总分子数的百分比间隔内的分子数占总分子数的百分比分子速率在附近分子速率在12归一性质f(v)的性质分布函

4、数的性质13曲线下面积恒为1几何意义o14分布函数的普遍定义153.速率分布函数的应用平均值计算式为计算全空间速率的算术平均值16三种速率每个系统均存在一切与速率有关的热力学量均可从速率分布函数求出一切与位置有关的热力学量均可从位置分布函数求得最概然速率方均根速率17§2理想气体的压强（自学）要求：模型推导思路结论§3温度的微观意义（自学）要求：概念常温常压下的量级18理想模型1.对象理想气体宏观定义：严格遵守气体三定律实际气体理想化：P不太高T不太低微观上也有定义理论框架主体是理想气体1)在理想气体

5、理论基础上加以修正2)经验若高压低温？192.状态平衡态定义：在不受外界影响的条件下对一个孤立系统经过足够长的时间后系统达到一个宏观性质不随时间变化的状态用一组宏观量描述某时的状态非平衡态20实际上的处理：⑴是否可看作平衡态？足够长⑵实在不行---分小块⑶远离平衡态--非线性耗散结构注意区分平衡态和稳定态恒高温恒低温21理想气体状态方程m--质量M--mol质量V--理气活动空间R--普适气体恒量摩尔数22系统内有N个分子分子数密度23每一时刻系统都处于平衡态实际过程的理想化---无限缓慢(准)“无限缓慢

6、”：系统变化的过程时间>>驰豫时间例1气体的准静态压缩过程时间~1秒3.过程准静态过程驰豫时间<24例2准静态传热热库非静态过程热库热库准静态过程每一微小过程均是平衡过程25实际过程太迅速了怎么办？⑴修正原理论⑵更普遍的理论或经验气体分子动理论平衡态下理想气体的状态量与微观量的关系热力学基础实验的总结---必定涉及过程结论是普适的（对象过程不限）但具体的理论计算必是理气、准静态过程26P-V图P–TP-VT-VT-E每个点代表一个平衡态一条线代表一个准静态过程27一.麦克斯韦速率分布函数系统：理气平衡态自

7、由空间1.麦氏速率分布函数§4麦克斯韦速率分布律282.麦氏速率分布函数曲线形状o29最概然速率最大令o得30o同种分子不同温度的速率分布o相同温度下不同种类分子的速率分布31二.理想气体平衡态时的三种速率1.全空间速率的算术平均值32代入麦氏分布函数得麦氏分布时的平均速率332.方均根速率麦氏系统(理气平衡态)若求整个速率空间的方均根速率341)平均值的计算公式注意上下区间的一致性讨论352)三种速率每个系统均存在理想气体平衡态有麦氏速率分布所以36三种速率同种分子在两种温度下的速率分布37一.自由度1

8、.定义描述位置所需的最少坐标数2.自由运动的质点：三个平动自由度t=33.自由运动的刚体：t=3r=3s=04.质点系：t=3r=3s=3N-6存在一个约束自由度就降低一个§5能量均分定理38二.理想气体分子的自由度若将每个原子看作质点则气体分子就是由原子组成的质点系单原子分子双原子分子多原子分子39单原子分子双原子分子多原子分子单原子分子双原子分子多原子分子刚性分子40三.能量按自由度均分原理1.在温度为T的平衡态下分子的平