大学物理 气体动理论ppt课件.ppt

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1、热学的研究对象：由大量微观粒子（原子、分子等）所构成的物质系统，称为热力学系统（系统）热学的内容划分：热学分为气体动理论和热力学。气体动理论：应用统计的方法推求系统宏观量与微观量统计平均值之间的关系。研究的是某一个状态。热力学：从能量出发，以大量实验观测为基础来研究物质的热运动的宏观基本规律及其应用。研究的是变化过程中的规律。热学的研究内容：热现象的宏观特征及其微观本质。第六章气体动理论研究对象：理想气体研究方法：统计方法研究内容：研究大量气体分子的热运动规律及其微观模型解释。一、平衡态：1、状态与过程：2、平衡态：系统在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间

2、变化的状态。3、平衡态的特点：平衡态是实际情况的一种抽象和近似。是一种热动平衡。第一节理想气体的物态方程不受外界影响：既不做功也不传热。二、气体的状态参量1、体积V：宏观上讲体积表示容器的容积。微观上看是容器中分子所能够到达的区域。单位是立方米。2、压强P：宏观上看，压强表示容器内的气体对容器壁单位面积上的压力。微观上看，压强表示容器内分子热运动对容器壁单位面积上的平均冲力。单位：帕斯卡。1标准大气压=1.013×105Pa。3、温度T：宏观上看，温度表示系统的冷热程度。微观上看，表示气体热运动的剧烈程度。国际单位是：开尔文（K）。宏观上描写气体状态的参量有如

3、下三个：三、理想气体物态方程：1、理想气体的定义：严格遵守玻意尔定律、盖-吕萨克定律、查里定律的气体叫理想气体。2、理想气体平衡态的状态方程（克喇伯龙方程）:其中R为普适气体常数为气体的物质的量为阿伏加德罗常数3、状态方程的其他形式：分子数密度RTNNpVA=nkTTNRVNp==A玻尔兹曼常数ANRk=第二节理想气体平衡态的压强与温度公式一、理想气体的微观模型：2、分子本身的大小与分子间平均距离相比可以忽略不计，分子可以看成是质点。3、除碰撞的瞬间外，分子间的相互作用力可忽略不计。因此在两次碰撞之间分子的运动可以当作匀速直线运动。气体分子与分子之间的碰撞以及

4、分子与容器壁之间的碰撞可以看作是完全弹性碰撞。总之，理想气体可看作是一群彼此间无相互作用的无规运动的弹性质点的集合。1、分子永不停息地作无规则运动。二、平衡态的统计假设——等几率原理1、理想气体处于平衡态时，分子出现在容器内各处的几率相等。即分子数密度处处相等，具有分布的空间均匀性。2、分子朝各个方向运动的几率相等，具有运动的各向同性。推论：分子沿各个方向运动的速度分量的各种平均值应该相等。结论：速度分量的方均值等于速度平方的平均值的三分之一。三、压强公式：1、压强的微观解释（伯努利）：大量气体分子单位时间内给予器壁单位面积上的平均冲力。2、推导过程：一次碰撞

5、给予A的冲量为：碰撞前的速度{}碰撞后的速度{}l1l2l3vAviximxyzl1l2l3mviA--单位时间内该分子给予A冲量：--N个分子在单位时间给予A的总冲量：--分子在容器中x方向来回做速度为的匀速运动，假设在这期间没有与其它分子碰撞，与A发生的两次相邻碰撞的时间间隔（周期）--单位时间内给予A的冲量即平均冲力：--压强：此即是理想气体的压强公式l1l2l3mviA由理想气体的压强公式，可以看出压强取决于分子的数密度和分子平均平动动能。理想气体的压强公式适用于由大量分子构成的系统。且与容器的形状无关。理想气体的压强公式四、温度公式：温度公式上式表明

6、：温度是分子无规则热运动剧烈程度的反映，并且只具有统计意义，即只有当组成系统的分子数目很大时，温度才具有意义。几个分子构成的系统，温度是没有意义的。由理想气体的物态方程及理想气体的压强公式第三节能量均分定理和理想气体的内能一、自由度1、自由度的定义：确定一个物体的位置所需要的独立坐标数，叫该物体的自由度。飞机（看成质点）在天空飞行，自由度为3；轮船（看成质点）在大海中航行，自由度为2；火车（看成质点）在铁道上运行，自由度为1；结论：物体受到的约束越多,自由度就越小。2、单原子气体分子的自由度：i=33、刚性双原子气体分子的自由度：xyz3个平动自由度（t）和2

7、个转动自由度（r）。4、刚性多原子气体分子的自由度：3个平动自由度和3个转动自由度。xyz二、能量按自由度均分定理1、分子的平均平动动能根据平均平动动能的定义可知：由于得表明：当理想气体处于平衡态时，分子的每个平动自由度平均分得的能量。由理想气体的温度公式：与比较得：2、平动自由度均分的能量3、能量按自由度均分定理当理想气体处于平衡态时，分子的每个平动自由度和每个转动自由度平均分得的能量为。分子的平均动能：三、理想气体平衡态的内能：1、内能的定义：系统中热运动能量的总和，叫系统的内能。用E表示。由于热运动在微观上看是分子的机械运动。所以系统的内能就是系统内分子

8、的动能和势能之和。即：由于任何物体的热