大学物理吉林大学课件.ppt

第五章气体动理论
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
热学(heat):研究物质热现象及热运动规律的学科。
研究对象:由大量分子、原子组成的物体或物体系的热运动形态,以及热运动和其它运动形态之间的转化规律。
研究方法:
热力学(thermodynamics):根据对宏观热现象的直接观察和试验,总结得出所遵从的规律;
气体动理论(ic theory of gasas):通过微观粒子运动与宏观热现象之间的内在联系,研究宏观物体的热性质,揭示热现象的微观本质。
热学概述
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
热运动的基本概念理想气体
分子运动论的基本观点
(1)宏观物体是由大量微粒子(分子或原子)组成。
物质结构的原子分子理论认为,原子是构成元素的最小单位,分子是一切物质的最小组成单位,而分子是由若干原子组成的稳定结构。即一切物质(气体、液体、固体)都由分子所组成,分子又由原子组成。
(2)物体内的分子处在无规则的热运动中,其激烈程度与物体的温度有关。
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
组成物质的分子在不断地运动着,这种运动是杂乱的、内在的、永不停止的。著名的布朗运动(Browinan movement)有力的证明了分子无规则运动的存在。
(3)分子间存在一定的作用力。
根据实验和理论的分析,分子间的作用力F与分子间距离r的关系如图。
F斥
F引
r
F
O
r0
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
平衡态与状态参量
平衡态(Equilibrium State )
在不受外界影响的条件下,一个系统的宏观性质不随时间改变的状态,称为平衡态。
(1)平衡态是指系统宏观性质不再发生变化。确切地说应该是一种热动平衡的状态。
(2)平衡态是一个理想化的概念。
状态参量(Quantity of State)
对系统平衡态性质进行描述的宏观物理量,称为状态参量。
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
气体的状态参量:
(1)体积V(volume):通常是指组成系统的分子活动的范围。也就是盛气体容器的容积。
单位:米3(m3)
(2)压强P(pressure):是指气体对容器壁单位面积上产生的垂直压力,与分子热运动的频繁程度和剧烈程度有关。
单位:帕斯卡(Pa)
(3)温度T(temperature):宏观上表现为冷热程度,而微观上它表示的是分子热运动的剧烈程度。
科学的温度概念是建立在热平衡概念的基础上的。
单位:热力学温标——开尔文(K)
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
热力学第零定律
(Zeroth Law of Thermodynamics)
两个系统处于热平衡时,具有某种共同的宏观性质,称之为温度。
热平衡状态形成
实验表明:
系统A和系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡,那么A与B接触时,它们也必定处于热平衡。
——热力学第零定律
温度的数值表示法称为温标(thermometric scale)
摄氏温标t与热力学温标T(K)的关系是
t=T- (℃)
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
热力学第三定律
热力学零度(绝对零度)是不能达到的。
用状态参量来描述气体平衡态。
气体平衡态的描述
描述单个粒子运动状态的物理量称为微观量(microscopic quantity),如质量、位置、动量、能量等,相应的用微观量描述的系统状态,称为微观态;描述系统整体特性的可观测物理量称为宏观量(macroscopic quantity),如温度、压强、热容等,相应的用一组宏观量描述的系统状态,称为宏观态。
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
理想气体状态方程 (equation of state of ideal gas)
理想气体(ideal gas)
成立条件:压强不太大;温度不太低。
在任何情况下都很好地遵从以下三个定律的实际气体。
(1)玻意耳—马略特定律(Boyle-Mariotte law):
PV = 常数
(2)盖—吕萨克定律(Gay-Lussao law):
(3)查理定律(Charles law):
在一般温度和低压强条件下,日常气体可视为理想气体。
11/28/2018
吉林大学物理教学中心
理想气体状态方程
反映理想气体压强P、体积V、温度T之间的关系式。
根据上述三条试验定律,可以给出理想气体状态方程为
称为普适常数。
其中
若定义一个新的常数k,即玻尔兹曼常数(Boltzmann constant)
理想气体状态方程可以