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第二章 气体动理论 热学：研究热现象、热运动规律的科学. 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现. 大量分子的无规则运动称为热运动. 研 究 方 法 从微观角度，用统计方法揭示宏观规律。其初级理论称为气体分子运动论。 分子物理学： 热力学： 从宏观角度，以实验为基础，通过逻辑推理揭示宏观性质。 分子物理学的理论 经热力学研究而被证实，热力学 所研究的宏观性质 因分子物理学而了解其实质。 第一节 气体的压强与温度 一 理想气体状态方程 ①压强P： Pa 1atm=76cmHg=1.013×105Pa ②体积V： m3 1 m3 = 103L=106cm3 ③热力学温度T： K (T =273+t C? ) 气体状态参量： ④ ：气体摩尔数 M: 质量(kg) 　：气体摩尔质量(kg/mol) R：普适气体恒量 R = 8.31 J·mol–1·K–1 适用范围： 分子无大小，除碰撞外，无相互作用力， (2)平衡态 (1)理想气体 (1)理想气体 分子是弹性球分子， 分子做无规则运动。 (2)平衡态 热力学系统： 由大量分子组成，可感知的物体。 系统之外：外界 ：在不受外界影响的条件下，系统 　宏观性质不随时间变化的状态。 稳定态: 宏观性质不随时间变化的状态 100 ℃ 0 ℃ Q 关于平衡态： 3.是理想化模型 １.无物质、能量交换 ２.系统内部各处均匀一致，宏观性质不随时变化。 　 不同于稳定态。 100 ℃ 0 ℃ Q 外界影响很小，变化缓慢时，近似为平衡态。 (3)平衡态时，分子速度按方向 的分布是各向均匀的。 (2)平衡态时分子按位置的分布是均匀的; 三、大量气体分子运动的统计假设 (1)分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着; dV：体积元，宏观小，微观大 不受重力影响 四 理想气体的压强 基 础 动量定理 牛顿第三定律 压强定义 外力的冲量 等于 分子动量改变量 作用力与反作用力 大小相等、方向相反 用统计方法，求出压强公式 每个分子质量: m (1)第i 个分子对A壁的冲量 已知： 容器体积 分子总数 N 碰 撞 动量变化： 碰一次： 壁给分子冲量为 分子给壁冲量为 碰撞一次所花时间 t 时间段内碰撞的次数 (2)单位时间内第 i 分子给壁A的平均冲量 t 时间段内给壁总的冲量 平均冲量 (3)N个分子单位时间内给壁A的平均冲量 平均力 (4)压强公式 单位体积内分子数目 气体分子 平均平动动能 说明: (1)压强的微观实质： (2) 显示了宏观量和微观量的关系。 气体分子在单位时间内 施于 单位面积器壁 的平均冲量， 是统计平均值， 对单个分子谈压强毫无意义。 (3) 是统计规律，而非力学规律。 五 与温度的关系 ：摩尔数 阿伏加德罗常数 波尔兹曼常量 (1) 温度：表征分子无规则热运动剧烈程度的物理量。 (2)“温度”（宏观量）的微观实质： 温度的微观本质： *是大量分子热运动剧烈程度的标志; *是分子平均平动动能的量度; *是统计平均值; 对个别分子谈温度毫无意义。 (3) 适用条件：平衡态下的理想气体 分子的方均根速率 例题: 两瓶不同种类的气体，其分子平均平动动能相等，但分子数密度不同。 问：它们的温度是否相同？压强是否相同？ 解： 第二节 能量均分定理 一 自由度： 二 气体分子自由度： 1. 单原子分子 质点 有3个平动自由度 t=3 决定这一物体空间位置所需的独立坐标数。 i He Ne 2.双原子分子(刚性) 转动自由度 r 刚性分子：分子中，原子间距固定不变 哑铃 只有两个夹角是独立的， 　转动自由度 r =2 因 i = t + r = 5 3 多原子气体分子（刚性） 总自由度 i =t + r =6 三　能量按自由度均分定理 每个自由度上都得到了相同的平均平动动能 （1）分子平均平动动能 按自由度均分 推广：在一定温度的平衡态下，所有物质的分子在每 个由由度上都有一份相同的平均动能，其值为 （2）分子平均动能 按自由度均分 能量按自由度均分定理： 在温度为T的平衡态下，气体分子每个自由度的平均动能都相等，都等于kT/2。这就是能量按自由度均分定理，简称能均分定理。 设某刚性分子有t 个平动自由度，r 个转动自由度，则 分子的总自由度： i = t+ r ; 分子的平均动能： 分子的平均转动动能： 分子的平均平动动能: