气体分子运动论Kinetictheoryofgases.PPTVIP

热学(Heat) 宏观法与微观法相辅相成. 热学是研究与热现象有关的规律的科学. 热学的研究方法 1.宏观法. 最基本的实验规律?逻辑推理 ------称为热力学 优点：可靠、普遍. 缺点：未揭示微观本质. 2.微观法. 物质的微观结构 + 统计方法 ------称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论) 优点：揭示了微观本质。 缺点：可靠性、普遍性差. 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. 有关概念 1. 热力学系统与外界 热力学研究的对象----热力学系统. 即由大量微观粒子组成的物体或物体系 与热力学系统相互作用的环境称为外界. 外界 系统 外界 包含大量的分子,原子,以 NA=6.023×1023计 2.宏观量与微观量 (1)宏观量 (2) 微观量 微观量与宏观量有一定的内在联系. 从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量 如 M、V、E 等----可以累加，称为广延量. P、T 等----不可累加，称为强度量. 描述系统内微观粒子的物理量 如分子的质量m、直径 d 、 速度 、动量 、能量 ? 等 一、理想气体状态方程 M是气体的摩尔质量，m是气体的质量 阿伏伽德罗常量 R为普适气体常数 形式1 形式2 为气体摩尔数 k = R/NA = 1.38?10 –23 J/K 形式3 玻耳兹曼常量 ----分子数密度(单位体积中的分子数) 二、气体状态参量 1.体积 V 气体分子所能到达的空间(几何参量) 对于密闭容器中的气体，容器的体积就是气体的体积 单位：（SI) m3 ; 1L=10-3 m3 2、压强p (力学参量) 压强P是大量分子与容器壁相碰撞而产生的 单位： 1Pa=1N.m-2 标准大气压 1atm=760mm.Hg=1.013×105Pa 等于容器壁上单位面积所受到的正压力 压 强 * 3.温度T 反映物体冷热程度的物理量，其高低反映内部分子热运动的剧烈程度。(热力学参量) 热平衡定律(热力学第零定律) 两系统在热接触情况下，有分子热运动能量的传递， 相当长时间后达到的共同平衡态称为热平衡态。 热平衡态 A B 导热板 绝热壁 §4-1 平衡状态 温度 理想气体状态方程 实验表明： 若 A与C热平衡，且B与C热平衡 则 A与B热平衡 互为热平衡的物体必然存在一个 相同的特征--- 它们的温度相同 C 定义温度： 处于同一热平衡态下的热力学系统 所具有的共同的宏观性质,称为温度。 一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度。 温标：温度的数值标度 (1)热力学温标 T，单位：K 规定：水的三相点 T3=273.16K 关系： T=273.16+t §4-1 平衡状态 温度 理想气体状态方程 (2)摄氏温标 t ，单位：0C 水的三相点 t3=0.010C 00C——标准大气压下，冰水混合物的温度 1000C——水的沸腾点温度 三、平衡态 一个系统与外界之间没有能量和物质的传递，系统的能量也没有转化为其它形式的能量，系统的组成及其质量均不随时间而变化，这样的状态叫做热力学平衡态。 说明 （1）平衡态是一个理想状态； （2）平衡态是一种动态平衡； （3）对于平衡态，可以用PV 图上的一个点来表示。 p V §4-1 平衡状态 温度 理想气体状态方程 § 5.1 理想气体的压强与温度 本节是典型的微观研究方法 分子数目太多，无法解这么多的联立方程。即使 能解也无用，因为碰撞太频繁，运动情况瞬息万变， 必须用统计的方法来研究。 一般气体分子热运动的概念 分子的密度 3?1019 个分子/cm3 = 3千亿个亿； 分子之间有一定的间隙，有一定的作用力； 分子热运动的平均速度约 v = 500m/s ； 分子的平均碰撞次数约 z = 1010 次/秒 一. 微观模型 1. 对单个分子的力学性质的假设 气体分子当作质点，不占体积； （分子的线度10-10m 分子间的平均距离10-9m） 理想气体分子像一个个极小的彼此间无相互作用的 遵守经典力学规律的弹性质点 气体分子之间除碰撞的瞬间外，无相互作用力。 （忽略重力） 弹性碰撞（动能守恒） 服从牛顿力学 统计规律有以下几个特点: 2. 对分子集体的统计假设 什么是统计规律性? 大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性 （1）只对大量偶然的事件才有意义. （2）它是不同于个体规律的