大学物理气体动理论.ppt

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——研究与热现象有关的规律的科学。
01
热现象：大量分子无规则运动(热运动)的集
体表现。(举例说明)
02
热力学系统：由大量分子组成的系统。
03
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？
04
可否用研究力学的方法来研究热学问题?
05
气体分子的质量、速度等等
热学研究方法：
2
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。
气体的体积、压强、温度等等。
01
03
02
04
第一章 气体动理论(Kinetic Theory of Gases)
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主要内容：
压强公式
温度的微观解释
能量均分定理
理想气体的内能
麦克斯韦速率分布率
§ 平衡态 (Equilibrium State)
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——系统的宏观性质不随时间改变的状态
⒈状态参量
——描述系统平衡态的宏观量。
. P、V、T、M(质量)、Mmol(摩尔质量)
(密度)、E(内能)、S(熵)
⑴ P (pressure)
SI单位： Pa 1 Pa=1 N/m2
1 mmHg=102 Pa 1 atm= 105 Pa
其它单位：
⑵ V (volume)
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SI单位：m3
其它单位：1 l=10-3 m3
1 cm3= 10-6 m3
⑶T (temperature)
②摄氏温标(Celsius scale)
单位：℃
①开氏温标(Kelvin scale)
单位：k
Tc=Tk-
目前，T(min.)= 1011k (激光冷却法)
⒉ P-V图
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A
B
P
V
0
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)
⒊两个系统的热平衡
A
B
导热板
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
此时有 TA=TC=TB
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A
B
绝热板
导热板
C
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
§ 理想气体状态方程
（Ideal Gas Equation of State）
——理想气体状态方程(Clapeyrons equation)
[来历]
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M——气体质量(kg)
Mmol——摩尔质量(kg/mol)
R= J/molk
——普适气体常量or摩尔气体常量
Note:
状态方程的另一形式：
P=nkT
n——单位体积内气体分子数
k=10-23J/k
——玻尔兹曼(Boltzmann)常量
§ 压强公式（Expression for Pressure）
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推导：理想气体分子模型＋统计方法
⒈理想气体分子模型
⑴分子的行为犹如粒子；
(分子线度(1Å)<<分子间距(10Å),当作质点)
分子碰撞频率1010/s
相邻两次碰撞之间的时间间隔(10-10s) >>每次碰撞的作用时间(10-13s)
⑵除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用；
⑶碰撞是弹性的；
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⑷分子的运动服从经典力学规律。
(分子速度(~102m/s)<<光速)
⒉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：
pi ——事件 i 发生的概率
Ni —— 事件 i 发生的 次数
∑Ni ——各种事件发生的总次数
Note:
稀薄的实际气体(n很小)接近理想气体