热学气体分子运动论ppt课件.ppt

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1、第二讲热学研究物质各种热现象的性质和变化规律热力学统计物理学量子统计物理热力学第一定律热力学第二定律统计方法（大量分子、原子）宏观量是微观量的统计平均玻耳兹曼气体动理论基础第一部分麦克斯韦＝牛顿力学+统计方法一、平衡态热力学系统（热力学研究的对象）：大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。外界：热力学系统以外的物体。系统分类（按系统与外界交换特点）：孤立系统：与外界既无能量又无物质交换封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换§1平衡态理想气体状态方程系统分类（按系统所处状态）：平衡态系统非平

2、衡态系统热平衡态:在无外界的影响下，不论系统初始状态如何，经过足够长的时间后，系统的宏观性质不随时间改变的稳定状态。平衡条件:(1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换，(2)系统的宏观性质不随时间改变。非平衡态:不具备两个平衡条件之一的系统。平衡态为热动平衡、理想状态二、热力学系统平衡态的描述1.宏观量平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。——状态参量如压强p、体积V、温度T等。2.微观量描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如分子的质量、直径、速度、动量、能量等。微观量与宏观量有一定的内在联系。三、平衡过程的描述：常用P～V图VP

3、oⅠⅡP1P2V1V2平衡态：点。如Ⅰ、Ⅱ。平衡过程：任意曲线。（准静态过程）气体从一个平衡状态经过无数个无限接近平衡状态的中间状态，过渡到另一个平衡态。四、理想气体状态方程——平衡态时PVT关系R=8.31J/(mol·K)普适(摩尔)气体常数任何情况下都满足P-V-T三个实验定律关系的气体；v——物质的量波尔兹曼常数四、理想气体状态方程的其他表达方式气体的分子数密度阿佛加德罗常数N为气体分子数分子运动论＝牛顿力学+统计方法统计规律:大量偶然的、无序的的分子运动中,包含着规律性。大量分子集体行为—有章可循。个别分子—杂乱无章。典型数

4、据：平均速率500m/s；分子连续两次碰撞的平均路程10-7m；平均时间间隔10-10s。1、分子可以看作质点本身的大小比起它们之间的平均距离可忽略不计。2、除碰撞外，分子之间的作用可忽略不计。3、分子间的碰撞是完全弹性的。一、理想气体的分子模型理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。§2理想气体的压强公式1、空间均匀性：无外场作用时，各处的分子数密度相等。2、分子运动各向同性：分子沿任一方向的运动，机会均等。二、理想气体分子的统计假设（平衡态下）分子与器壁的碰撞示意如图大量分子的碰撞造成对器壁的压力急雨中撑起雨伞的沉重三、理想气体

5、压强公式的推导公式推导模型：在边长l1、l2、l3的长方体容器中有N个同类分子作无规则热运动，质量均为m，各向机会均等。Zl1l2l3XA2A1YOa计算N个分子给器壁的平均冲力计算一个分子给器壁的作用力计算一个分子与器壁碰撞一次对器壁的作用（冲量）计算每秒一个分子碰撞器壁的次数计算容器中任何一壁所受的压强计算思路乘一个分子对A1面的平均作用力：Zl1l2l3XA2A1YOaN个分子对A1面的总的平均作用力：-mvxmvx气体分子对A1面的压强：令：为分子数密度其中为一个分子的平均平动动能★说明：2、A1面的压强公式可推广到任一面上。

6、3、大量分子+碰撞→统计假设+牛顿定律4、空间任一点处都有相同的压强。5、分子间的碰撞不影响结果。6、分子热运动动能：平均平动动能、平均转动动能、平均振动动能。后两种动能对压强无贡献。1、压强是大量分子对容器碰撞的结果.§3温度公式一、气体分子平均平动动能与温度的关系对一定体积V，若气体质量为M，则：对于1mol气体，则于是，其中n为分子数密度，k为玻尔兹曼常数。N、m分别为分子总数及单个分子质量。对照有★说明：1、温度是分子平均平动动能的量度。2、分子热运动永不停息，绝对零度不可达。3、温度是气体处于热（动）平衡的物理量。4、温度是

7、统计量。5、温度与气体整体运动（有规则运动）无关。二、气体分子的方均根速率说明：1、是大量分子统计平均值，某一分子的v是不断变化的，方向也杂乱无章的。2、P、T都是宏观量，它们是大量分子热运动的集体表现，具有统计意义。例1：一瓶氮气和一瓶氦气密度相同，分子平均平动动能相同，且处于平衡态，则1、T、P均相同。2、T、P均不相同。3、T相同，但4、T相同，但例2：在密闭的容器中，若理想气体温度提高为原来的2倍，则1、都增至2倍。2、增至2倍，p增至4倍。4、增至4倍，p增至2倍。3、都不变。§4能量按自由度均分原理、内能一、自由度确定运动

8、物体在空间位置所需的独立坐标数目.质点：任意运动时，需三个独立坐标x、y、z。刚体：任意运动时，可分解为质心的平动及绕通过质心的轴的转动。y（x,y,z)azxbofxyz刚性双原子:i=5刚性多原子:i=6单原子:i=