热学.第9章.温度和气体动理论.ppt

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1、热学汽轮机1前言一.热学的研究对象及内容▲对象：大量微观粒子（分子、原子）构成的体积有限的物体—热力学系统体积无限系统（如宇宙）、少量粒子系统都不是热力学系统。热力学系统分类：孤立系统：与外界没有任何相互作用，既无能量、也无粒子交换。封闭系统：与外界有能量、但无粒子交换。2绝热系统：与外界只有力学相互作用—有功交换，没有热量交换。开放系统：与外界既有能量又有粒子交换。刚性绝热壁外界孤立系统系统绝热系统外界系统系统外界开放系统外界导热壁外界封闭系统系统3二.热学的研究方法▲热力学宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理特点：极大的普遍性、可靠性。▲

2、统计力学微观模型、假设统计方法热现象规律特点：可揭示本质，但受模型局限。▲内容：与热现象有关的性质和规律。宏观上与温度有关；微观上与分子热运动有关。热现象4三.几个概念1.平衡态平衡态指热力学系统内部没有宏观的粒子和能量流动状态，系统宏观性质不随时间变化。与外界有相互作用的系统要保持平衡态，应满足平衡条件：力学平衡条件：若系统与外界有力学作用，平衡时内外压强应相等。热平衡条件：若系统与外界可交换热量，平衡时内外温度应相等。5注意区分平衡态与稳定态：相平衡条件：若系统与外界处于不同相的共存状态，平衡时应达到力学平衡、热平衡，及相平衡。

3、化学平衡条件：浓度不同的系统放到一起，平衡时除了满足上面3个条件，最后总系统的浓度应均匀。稳定态T2绝热壁T1恒温热库系统恒温热库绝热壁平衡态T1T1恒温热库系统6描写单个微观粒子运动状态的物理量，一般只能间接测量。3.微观量如分子的宏观量2.宏观量表征系统宏观性质的物理量，可直接测量。广延量，有累加性，如M、V、E强度量，无累加性，如p、T75.物态方程态参量之间的函数关系：4.物态参量（态参量）描写平衡态的宏观物理量。例如气体的p、V、T。一组态参量一个平衡态描述对应理想气体物态方程：8理想气体物态方程的另一种形式—玻尔兹曼常量m

4、气体质量M气体摩尔质量NA阿伏伽德罗常量n气体分子数密度9密勒－库什实验第九章温度和气体动理论10§9.2理想气体的压强§9.4能量均分定理§9.5麦克斯韦速率分布律△§9.6麦克斯韦速率分布的实验验证§9.7玻耳兹曼分布△§9.8真实气体等温线§9.9范德瓦耳斯方程§9.10气体分子的平均自由程§9.11输运过程§9.3温度的统计意义第九章温度和气体动理论△§9.1温度11△§9.1温度两个系统长时间热接触达到的共同平衡态。一.热平衡态AB绝热壁导热板绝热壁本节自学，要着重搞清以下概念和规律：12二.温度T是热学特有物理量，需要在热

5、学中定义。实验表明：A与B必然热平衡“分别与第三个系统处于同一热平衡态的两个系统必然也处于热平衡”—热平衡定律（热力学第零定律）A与C热平衡B与C热平衡A与B不需要保持热接触，也可处在同一热平衡态。13温度：处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质。一切处于同一热平衡态的系统具有相同温度。温度取决于系统内微观粒子的热运动状态。三.温标在>0.5K的范围适用（低压3He气）。1.理想气体温标：用理想气体做测温物质的温标，单位：K（Kelvin）。理想气体温标142.热力学温标T：性的温标，不依赖测温物质及其测温属想气体温标一致，单

6、位：K。在理想气体温标有效范围内与理规定TpV，水三相点温度T3=273.16K，则实验表明，一定质量的理想气体在同一个热平衡态下，pV是确定的。154.华氏温标tF：3.摄氏温标t：与热力学温标的关系：t=(T273.15)C水的三相点的摄氏温度为t3=0.01C记忆合金实验【演示】16一.气体动理论的基本观点1.宏观物体由大量分子、原子构成，分子间有一定的间隙；2.分子永不停息地作无规则运动—热运动；3.分子间有一定相互作用力。§9.2理想气体的压强二.理想气体的微观假设1.关于每个分子服从的力学规律17（1）大小—分子线度<<

7、分子间平均距离；（2）分子力—除碰撞的瞬间，在分子之间、分子与器壁之间无作用力；（3）碰撞性质—弹性碰撞；（4）服从规律—牛顿力学。2.关于大量分子处于平衡态时的统计假设（1）无外场时，分子在各处出现的概率相同，18（2）由于碰撞，分子可以有各种不同的速度，速度取向各方向等概率：统计规律的两大特点：稳定性和涨落。统计对象的数量越大，涨落越小。伽尔顿板（稳定性和涨落）【演示】布朗运动【TV】19三.理想气体压强公式前提：平衡态，忽略重力，分子看成质点（即只考虑分子的平动）；设：同种气体，分子质量为m，N—总分子数，V—体积，—分子数密度，足够

8、大，—速度为的分子数密度，20取器壁上小面元dA>>分子截面面积。小柱体dAvixdtx器壁=2nimvix2dtdAdIi=(2mvix)(nivixdtdA)dt内所有分子对