第08章+气体动理论.ppt

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1、1第8章气体动理论§8.1理想气体的压强§8.2温度的微观意义§8.3能量均分定理理想气体的内能§8.4麦克斯韦速率分布律§8.5麦克斯韦速率分布律的实验验证*§8.6实际气体等温线*§8.7气体分子的平均自由程2§8.1理想气体的压强一、状态参量在一定条件下，当物体的状态保持不变，为描述物体的特性而采用的物理量。如体积、温度、压强、浓度等。对于一定质量的气体，除它的质量M和摩尔质量Mmol，它的状态一般可用下列三参量来表示：1.气体所占的体积V：气体分子活动所能达到的空间范围。气体动理论着重阐明热现象的微观

2、本质。针对所研究的大量微观粒子的运动运用统计的方法进行概率性的描述。第8章气体动理论32.气体的压强P：压强是气体作用在容器壁单位面积上的指向器壁的平均正压力，是气体分子对器壁碰撞的宏观表现。注意：气体压强单位的关系是1Pa=1N/m2;1atm=101325Pa。3.气体的温度T：从宏观上来讲，温度表示物体的冷热程度；从微观上讲，温度反映物质内部分子运动的剧烈程度。（1）若忽略分子本身的大小时，储存气体的容器的容积即为气体的体积。（2）它与气体分子本身体积的总和完全不同；（3）气体体积的单位是m3;注意：4

3、由实验可知，热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现，人们把大量分子的无规则运动叫做分子热运动，即所谓的布朗运动。分子热运动的基本特征分子热运动的基本特征是分子的永恒运动和频繁相互碰撞。二、分子布朗运动51.在标准状态下，同一物质：气体0.001液体;d气体10d液体。所以把气体看作是彼此相距很大间隔的分子集合。2.在气体中,由于分子的分布相当稀疏,分子与分子间的相互作用力,除了在碰撞的瞬间外,极其微小。3.分子碰撞的瞬间大约是10-12秒,两次碰撞之间的平均时间约为10-10秒。因此,在分子的连续

4、两次碰撞之间,分子的运动可看作由其惯性支配的自由运动。气体分子运动的一般特征：三、关于每个分子的力学性质的假设——理想气体的微观模型(1)气体分子的大小与气体分子间的距离相比较,可以忽略不计。(2)因为气体分子间的平均距离相当大,所以除碰撞的瞬间外,分子间及分子与器壁间无相互作用.注意:这个假设体现了气态的特性。注意:除非研究气体分子在重力场中的分布情况,否则,因分子的平均动能远大于重力场中的势能,所以这时分子所受重力可忽略。7(4)气体分子的运动服从经典力学规律。总之,气体被看作是极小、彼此间无相互作用、遵

5、从牛顿定律的弹性质点。(3)分子之间的碰撞以及分子与器壁的碰撞都是弹性的，即在碰撞前后气体分子的动量守恒,动能守恒。注意:这个假设的实质是,在一般条件下,对所有气体分子,经典描述有效,不必采用量子论。8四、关于分子集体的统计性假设——统计规律尽管个别分子的运动是杂乱无章的，但就大量分子的集体来看，却又存在着一定的统计规律。(3)分子沿各个方向运动的机会是均等的，没有任何一个方向上气体分子的运动比其它方向更占优势。即沿着各个方向运动的平均分子数应该相等。分子速度在各个方向的分量的各种平均值相等。每个分子运动速度

6、各不相同，而且通过碰撞不断变化。在热力学平衡状态下，气体分子的空间密度是均匀的。注意：后两条假设是一种统计性假设，只适用于大量分子的集体。10五、气体动理论的统计方法对个别分子（或原子）运用牛顿定律求出其微观量，如质量、速度、能量等，再用统计的方法，求出大量分子关于微观量的统计平均值，并用来解释在实验中直接观测到的物体的宏观性质，如温度、压强、热容等。六、理想气体的压强公式的推导（3）应用统计假设,求器壁所受的平均正压力。思路：（1）用牛顿定律先求一个分子对器壁的压力;（2）全体分子作用于器壁的压力;11六、

7、理想气体的压强公式的推导把所有分子按速度区间分为若干组，在每一组内的分子速度大小方向都差不多相同。设第i组分子的速度区间为：以ni表示第i组分子的分子数密度总的分子数密度为：设器壁上面积元dA法向为x轴dAxvidtvixdt一定质量的处于平衡态的某种理想气体，被封闭在体积为V的任意形状的容器中。任意一个分子速度：12该分子碰撞器壁一次所受的冲量：由牛顿第三定律知，器壁受分子碰撞一次所受的冲量：在dt时间内与dA碰撞的分子数（即斜柱体内的分子）：nivixdtdA这些分子在dt时间内对dA的总冲量为：dAxv

8、idtvixdt所有分子在dt时间内对dA的总冲量为：13由分子统计假设分子平均平动动能：理想气体的压强公式：气体对器壁的宏观压强为：14（4）理想气体的压强公式揭示了宏观量压强P的微观实质。§8.2温度的微观意义根据理想气体的压强公式和状态方程，可以导出气体的温度与分子的平均平动动能之间的关系，从而揭示宏观量温度的微观本质。1.温度的本质和统计意义:注意：（1）气体的压强大小取决于单位体积内的分子