大学物理气体动理论
52页1、1,热学(Thermology),研究与热现象有关的规律的科学。,热现象:大量分子无规则运动(热运动)的集 体表现。(举例说明),热力学系统:由大量分子组成的系统。,思考:大量分子都在不停地运动,为什么有的物体在运动,有的物体是静止的?,可否用研究力学的方法来研究热学问题?,?,?,2,热学研究方法:,宏观法:以实验为基础,研究系统与外界的相互作用规律。,微观法:对大量分子的行为作统计分析,建立宏观量与微观量的联系。,宏观法与微观法相辅相成。,气体分子的质量、速度等等,气体的体积、压强、温度等等。,3,第一章 气体动理论(Kinetic Theory of Gases),主要内容:,4,1.1 平衡态 (Equilibrium State),系统的宏观性质不随时间改变的状态,状态参量,描述系统平衡态的宏观量。,e.g. P、V、T、M(质量)、Mmol(摩尔质量) (密度)、E(内能)、S(熵), P (pressure),SI单位: Pa 1 Pa=1 N/m2,1 mmHg=1.333102 Pa 1 atm=1.013 105 Pa,其它单位:,5, V (volume),SI单
2、位:m3,其它单位:1 l=10-3 m3 1 cm3= 10-6 m3,T (temperature),Tc=Tk-273.15,目前,T(min.)=2.4 1011k (激光冷却法),6, P-V图,点平衡态,线准静态过程(过程中的每一时刻,系统都几乎处于平衡态),两个系统的热平衡,由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时,称它们达到了热平衡。,此时必有 TA=TB,7,与第三个系统达到热平衡的两个系统,互相之间也达到热平衡。 热力学第零定律,此时有 TA=TC=TB,1.2 理想气体状态方程 (Ideal Gas Equation of State),理想气体状态方程(Clapeyrons equation),8,Note:,状态方程的另一形式:,P=nkT,来历,9,1.3 压强公式(Expression for Pressure),推导:理想气体分子模型统计方法,理想气体分子模型,分子的行为犹如粒子;,(分子线度(1)分子间距(10),当作质点),除碰撞外,分子之间以及分子与器壁之间无相互作用;,10,碰撞是弹性的;,分子的运动服从经典力学规律。,(分子速度(102m/s)光
3、速),统计方法,用于揭示大量偶然事件的整体规律。,是偶然事件的一种统计描述概率,定义:,Note:,稀薄的实际气体(n很小)接近理想气体,11,对理想气体的统计假设:,平衡态下,分子的空间分布均匀 平衡态下,分子的速度分布是各向同性的; 平衡是动态的,即整体分布不变,但单个分子的位置和速度是不断改变的。,12,压强公式的推导,设总分子数:N 器壁侧面积:A 第i分子的速度:,在t时间内, 第i分子对器壁的平均作用力,一次碰撞给予器壁的冲量:,13,器壁分子:,分子器壁:,在t时间内,碰撞的概率:,在t时间内,分子给器壁的平均冲量:Iixp,在t时间内,分子对器壁的平均作用力:,14,在t时间内,所有分子对器壁的总作用力,压强公式:,压强是统计量。,15,1.4 温度的微观解释 (The Microscopic Interpretation of Temperature),Note:,温度也是统计量,它反映大量分子运动的剧烈程度。,16,e.g. 氮气(N2), Mmol=2810-3 kg/mol,当T0K时, 不再成立。,17,例1-1,容积V=10l,气体质量M=100g 若分子方
4、均根速率 则压强P=?mmHg,解:,解法二:,18,解法三:,1.5 能量的均分 (Equipartition of Energy),问题:与T有关,分子的转动动能、振动动能是否也与T有关?,自由度 (degrees of freedom),确定一个物体的空间位置所必需的独立坐标数。,e.g. 单原子分子: i=3,19,刚性双原子分子: i=5,刚性多原子分子: i=6,Notes:,刚性分子只有平动和转动自由度,非刚性分子还有振动自由度。,在低温下,分子的某些自由度可能被“冻结”。(用量子理论解释),20,T 103 k , i=6 (平动+转动+振动),e.g. 刚性双原子分子,i=5,每个分子的平均 动能为,其中, .,能量均分定理,在平衡态下,分子热运动的每个自由度的平均动能都相等,且等于,e.g. H2分子,21,理想气体的内能,一般,系统内能粒子热运动动能 粒子之间相互作用势能,刚性分子理想气体:E=Ek(平动转动),一定量理想气体内能是温度的函数,ET, ET,22,例1-2,一瓶H2气和一瓶He气,P、V、T均相同,则H2气的内能是He气的 倍。,解:,思考,结果的
《大学物理气体动理论》由会员花****分享,可在线阅读,更多相关《大学物理气体动理论》请在金锄头文库上搜索。
2024-05-05 59页
2024-05-03 24页
2024-05-03 24页
2024-04-29 40页
2024-04-28 29页
2024-04-09 29页
2024-04-08 25页
2024-04-08 13页
2024-04-08 17页
2024-04-08 17页