《大學物理（上）課件：1 氣體分子運動論》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學物理（上）課件：1 氣體分子運動論（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、B熱學熱學:是研究與熱現(xiàn)象是研究與熱現(xiàn)象有關(guān)的規(guī)律的科學。有關(guān)的規(guī)律的科學。熱現(xiàn)象是物質(zhì)中大量分子無規(guī)則運動的集體表現(xiàn)。熱現(xiàn)象是物質(zhì)中大量分子無規(guī)則運動的集體表現(xiàn)。大量分子的無規(guī)則運動稱為熱運動。大量分子的無規(guī)則運動稱為熱運動。對象的特征：大量無規(guī)運動的粒子組成對象的特征：大量無規(guī)運動的粒子組成地球上地球上全部大氣全部大氣約有約有1044個分子個分子一個人一個人每次呼吸氣體每次呼吸氣體大約是大約是1022個分子個分子熱學的研究方法：熱學的研究方法：1.宏觀法宏觀法.最基本的實驗規(guī)律最基本的實驗規(guī)律邏輯推理邏輯推理(運用數(shù)學運用數(shù)學)-稱為熱力學稱為熱力學。優(yōu)點：可靠、普遍。優(yōu)點：可靠、普遍。缺

2、點：未揭示微觀本質(zhì)。缺點：未揭示微觀本質(zhì)。2.微觀法微觀法.物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)+統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法 -稱為統(tǒng)計力學稱為統(tǒng)計力學 其初級理論稱為氣體分子運動論其初級理論稱為氣體分子運動論(氣體動理論氣體動理論)優(yōu)點：揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。優(yōu)點：揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。缺點：可靠性、普遍性差。缺點：可靠性、普遍性差。宏觀法與微觀法相輔相成。宏觀法與微觀法相輔相成。第一章第一章 溫度溫度1.1 宏觀與微觀宏觀與微觀1.3 理想氣體溫標理想氣體溫標1.4 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程1.2 溫度溫度一一.基本概念基本概念例：若汽缸內(nèi)氣體為系統(tǒng)，其它為外界例：若汽缸內(nèi)氣體為系統(tǒng)，其它為外界

3、 熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)熱力學研究的對象，簡稱熱力學研究的對象，簡稱系統(tǒng)系統(tǒng)在給定范圍內(nèi)，由大量微觀粒子所組成的宏觀客體在給定范圍內(nèi)，由大量微觀粒子所組成的宏觀客體 外界外界熱力學系統(tǒng)以外的物體，稱為熱力學系統(tǒng)以外的物體，稱為外界外界 宏觀量與微觀量宏觀量與微觀量1.1.宏觀量宏觀量 從整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)量，一般可以從整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)量，一般可以 直接測量。直接測量。如如 M M、V V、P P、T T 等等2.2.微觀量微觀量 描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的物理量。描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的物理量。如分子的質(zhì)量如分子的質(zhì)量m、直徑、直徑 d 、速度、速度 v、動量動量 p、能量、能量 等。等。對熱力學系

4、統(tǒng)的兩種描述方法：對熱力學系統(tǒng)的兩種描述方法：熱力學平衡態(tài)熱力學平衡態(tài)一個系統(tǒng)在一個系統(tǒng)在不受外界影響不受外界影響的條件下，如果它的的條件下，如果它的宏觀性質(zhì)不隨時間變化宏觀性質(zhì)不隨時間變化，我們就說這個系統(tǒng)處，我們就說這個系統(tǒng)處于于熱力學平衡態(tài)熱力學平衡態(tài)。（。（動態(tài)平衡動態(tài)平衡）確定平衡態(tài)的確定平衡態(tài)的宏觀性質(zhì)的量宏觀性質(zhì)的量稱為稱為狀態(tài)參量狀態(tài)參量 狀態(tài)參量狀態(tài)參量平衡態(tài)的描述平衡態(tài)的描述狀態(tài)參量的分類：狀態(tài)參量的分類：幾何參量幾何參量（如：氣體體積）（如：氣體體積）力學參量力學參量（如：氣體壓強）（如：氣體壓強）化學參量化學參量（如：化學成分）（如：化學成分）電磁參量電磁參量（如：電、

5、磁場）（如：電、磁場）二、溫度二、溫度ABABA、B 兩系統(tǒng)互不影響兩系統(tǒng)互不影響各自達到平衡態(tài)各自達到平衡態(tài)A、B 兩系統(tǒng)的平衡態(tài)有聯(lián)系兩系統(tǒng)的平衡態(tài)有聯(lián)系達到共同的熱平衡狀態(tài)（達到共同的熱平衡狀態(tài)（熱平衡熱平衡），），A、B 兩系統(tǒng)有共同的宏觀性質(zhì)，兩系統(tǒng)有共同的宏觀性質(zhì)，稱為系統(tǒng)的稱為系統(tǒng)的溫度溫度。處于熱平衡的多個系統(tǒng)具有相同的處于熱平衡的多個系統(tǒng)具有相同的溫度溫度隔隔能板能板導導能板能板 熱力學第熱力學第0定律定律 如果兩個系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的第三個如果兩個系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的第三個系統(tǒng)達到熱平衡，則這兩個系統(tǒng)彼此也將處系統(tǒng)達到熱平衡，則這兩個系統(tǒng)彼此也將處于熱平衡。于熱平衡

6、。溫度溫度 互為熱平衡的幾個熱力學系統(tǒng)，必然具有某種互為熱平衡的幾個熱力學系統(tǒng)，必然具有某種 共同的宏觀性質(zhì)共同的宏觀性質(zhì)溫度溫度。ABCAC、BC處于熱平衡處于熱平衡(不再發(fā)生熱量交換不再發(fā)生熱量交換)AB？三、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程RTMmpV RTpVR8.31 J/molK 普適氣體常量普適氣體常量NA6.0231023 /mol 阿伏伽德羅常量阿伏伽德羅常量玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量:K/J.NRkA 1038123RTpVRTNNpVATNRVNpAnkTp n表示單位體積的分子數(shù)表示單位體積的分子數(shù) 氣體狀態(tài)參量的單位（氣體狀態(tài)參量的單位（SI）:PaN/m2p3mV76

7、cmHgPa1001325115.atmKT 熱力學（熱力學（或或絕對）溫標絕對）溫標15273.Tct攝（修斯）溫標：攝（修斯）溫標：熱力學第三定律熱力學第三定律：熱力學零度是不能達到的?。簾崃W零度是不能達到的！第二章第二章 氣體動理論氣體動理論2.1 理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式2.2 溫度的微觀意義溫度的微觀意義2.3 能量均分定理能量均分定理2.4 麥克斯韋速率分布率麥克斯韋速率分布率2.7 實際氣體等溫線實際氣體等溫線2.9 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自由程2.1理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式本節(jié)是典型的微觀研究方法：本節(jié)是典型的微觀研究方法：一般氣體分子熱運動的概念

8、：一般氣體分子熱運動的概念：分子的密度分子的密度 3 1019 個分子個分子/cm3=3000億個億；億個億；分子之間有一定的間隙，有一定的作用力；分子之間有一定的間隙，有一定的作用力；分子熱運動的平均速率約分子熱運動的平均速率約 v=500m/s；分子的平均碰撞次數(shù)約分子的平均碰撞次數(shù)約 z=1010 次次/秒秒。對大量分子組成的熱力學系統(tǒng)先從微觀上對大量分子組成的熱力學系統(tǒng)先從微觀上加以研究，然后加以研究，然后對微觀量求統(tǒng)計平均值對微觀量求統(tǒng)計平均值，即即統(tǒng)計學方法統(tǒng)計學方法。最后得到微觀量與宏觀量。最后得到微觀量與宏觀量的關(guān)系。的關(guān)系。什么是統(tǒng)計規(guī)律性什么是統(tǒng)計規(guī)律性 大量偶然事件從整體

9、上反映出來的一種規(guī)律性。大量偶然事件從整體上反映出來的一種規(guī)律性。統(tǒng)計規(guī)律有以下幾個特點統(tǒng)計規(guī)律有以下幾個特點:（1）只對）只對大量大量偶然的事件才有意義偶然的事件才有意義（2）它是不同于個體規(guī)律的整體規(guī)律）它是不同于個體規(guī)律的整體規(guī)律（3）總是伴隨著漲落）總是伴隨著漲落什么叫漲落？什么叫漲落？對統(tǒng)計規(guī)律的偏離現(xiàn)象對統(tǒng)計規(guī)律的偏離現(xiàn)象漲落有時大漲落有時大 有時小有時小 有時正有時正 有時負有時負結(jié)論：結(jié)論：分子數(shù)愈多分子數(shù)愈多 漲落的百分比愈小漲落的百分比愈小 一一.理想氣體微觀模型理想氣體微觀模型 1.對單個分子的力學性質(zhì)的假設對單個分子的力學性質(zhì)的假設分子當作質(zhì)點，不占體積；分子當作質(zhì)點，

10、不占體積；（因為分子的線度（因為分子的線度T1 平均速率平均速率 v:NNvviivdNNdv)v(fv0MRTmkTv88 方均根方均根速率速率 :2vMRT591.MRT731.NNvvii222v dNNdv)v(fv02MRTmkTv332ov)(vfpv2vvMRTvp411.MRTv591.MRTv7312.三種速率比較三種速率比較pvvv2:v2（方均根）討論平均平動能（方均根）討論平均平動能:v（平均速率）討論分子的碰撞問題（平均速率）討論分子的碰撞問題:pv（最概然速率）討論分子的分布問題（最概然速率）討論分子的分布問題Tov)(vf1pv2pv T例：曲線分別表示了氫氣和氦

11、氣在同一溫度例：曲線分別表示了氫氣和氦氣在同一溫度下的麥氏分布，下的麥氏分布，=1000m/s1pv2?pv則：MRTvp22112MMvvpps/mvp14142100021pv 是氦氣的最概然速率例：用總分子數(shù)例：用總分子數(shù)N、氣體分子速率、氣體分子速率v 和速率分布和速率分布函數(shù)函數(shù) f(v)，表達下列各量。，表達下列各量。1.的分子數(shù)的分子數(shù)0vv0vv3.的分子平均速率的分子平均速率0vv2.一分子一分子 的概率的概率dv)v(NfNvv000000vvvviidv)v(fdv)v(vfdv)v(Nfdv)v(NfvNNvv0vdv)v(f2.9 氣體分子的平均自由程氣體分子的平均自

12、由程一個分子連續(xù)兩次碰撞之間經(jīng)歷的一個分子連續(xù)兩次碰撞之間經(jīng)歷的平均自由路程平均自由路程一個分子單位時間里受到的一個分子單位時間里受到的平均碰撞次數(shù)平均碰撞次數(shù)單位時間內(nèi)分子經(jīng)歷的單位時間內(nèi)分子經(jīng)歷的 平均距離平均距離 v平均自由程平均自由程 :平均碰撞頻率平均碰撞頻率 Z:vz A ddduu設分子設分子 A 以相對平均速率以相對平均速率 u 運動，其它分子可設為靜止運動，其它分子可設為靜止在在A的運動方向上，以的運動方向上，以 d 為半徑的圓柱體內(nèi)為半徑的圓柱體內(nèi)的分子都將與分子的分子都將與分子A 碰撞碰撞該圓柱體的面積該圓柱體的面積 稱為稱為 碰撞截面碰撞截面 =d 2單位時間內(nèi)分子單位

13、時間內(nèi)分子 A 走走 u，相應的圓柱體體積為，相應的圓柱體體積為 u ，統(tǒng)計理論計算：統(tǒng)計理論計算：平均自由程平均自由程：對空氣分子對空氣分子 d 3.5 10-10 m標準狀態(tài)下標準狀態(tài)下 Z 6.5 109/s，6.9 10-8 m 氣體容器線度小于平均自由程計算值時，實際氣體容器線度小于平均自由程計算值時，實際平均自由程就是容器線度的大小。平均自由程就是容器線度的大小。)(unZ vu2nvdZ22Zv平均碰撞頻度平均碰撞頻度：nd221pdkT22例.麥克斯韋速率分布曲線如圖所示麥克斯韋速率分布曲線如圖所示,圖中圖中A、B兩部分面積相等兩部分面積相等,則該圖表示則該圖表示:D ov)(

14、vf0vA B(A)v0為最可幾速率為最可幾速率.(B)v0為平均速率為平均速率.(C)v0為方均根速率為方均根速率.(D)速率大于和小于速率大于和小于 v0的分子數(shù)各一半的分子數(shù)各一半.例.水蒸氣分解為同溫度水蒸氣分解為同溫度 T 的氫氣和氧氣的氫氣和氧氣,即即 H2OH2+0.5O2 內(nèi)能增加了多少？內(nèi)能增加了多少？B （A）50%（B）25%（C）66.7%（D）0.例例.體積為體積為 200 升的鋼瓶中盛有氧氣升的鋼瓶中盛有氧氣(視為視為剛性雙原子氣體剛性雙原子氣體),使用一段時間后使用一段時間后,測得瓶測得瓶中氣體壓強為中氣體壓強為 2atm,此時氧氣的內(nèi)能。此時氧氣的內(nèi)能。,5i解：對氧氣RTiME2內(nèi)能：,RTMPVPViE2)J(10013.15