分子运动论2015.ppt

物理学的第二次大综合 随着科学技术与生产力的发展，特别是十八世纪末十九世纪初蒸汽机的发明和推广，促进了人们对于热的本质和热与机械运动的相互关系及能量转化问题的研究。 物理学的第二次大综合 最早十八世纪中叶的苏格兰科学家布莱克等人提出了“热质说”理论，认为热是由一种特殊的、没有重量的流体物质即热质或热素组成。一开始“热质说”就像“燃素说”一样可以解释一切热现象，因此为当时的一些物理学家们所接受，成为十八世纪热学中占统治地位的理论。 物理学的第二次大综合 但是，好景不长，1798年英国一个工厂的技师汤普森（1753-1814年）即伦福德伯爵发现当用钻头钻炮筒时，炮筒和铁屑的温度同时升高了，钻头越钝产生的热量越大，他用一支钝得无法切削的钻头连续钻了20小时45分钟，致使18磅水达到沸点。这突然增加的“热质”从何而来？他在发现了“热质说”的缺陷后提出了唯动说。 物理学的第二次大综合 1827年苏格兰的植物学家布朗发现了“布朗运动”，从而证实了物质分子的永不停息的无规则运动。19世纪二十年代，法国工程师卡诺（1796-1832年）集中研究了蒸汽机即热机的内部矛盾问题，于1824年发表了《关于火的力学考查》一书，这是他一生发表的唯一著作。他提出了卡诺循环以及热机效率等问题，提出了热力学第二定律的基本内容。 物理学的第二次大综合 随着对热机的研究，19世纪四十年代有十几位不同的物理学家几乎同时提出了能量转化和守恒定律即热力学第一定律，彻底推翻了“热质说”，进一步导致了热学理论的系统化、完善化。六十年代英国的威廉.汤姆生（1824-1907年）以及德国的克劳修斯（1822-1888年）总结了卡诺的工作，分别提出了热力学第二定律。 物理学的第二次大综合 通过焦耳、迈尔、亥姆霍兹、克劳修斯等一大批物理学家的共同努力，导致了热力学第一、第二定律的发现，特别是能量转化和守恒定律的建立，揭示了热、机械、电化学等各种运动形式之间的相互联系和相互转化的关系，从而实现了物理学的第二次大综合，引起了18世纪的工业革命，带来了生产力的巨大发展和社会领域的重大变革。 热学基本概念与理想气体状态方程 一 热力学系统与外界 第十章 气体动理论 10-5 玻耳兹曼能量分布** 根据归一化条件 体元中含有各种速度的分子数为 玻耳兹曼密度分布律： 为分子的重力势能 试用Maxwell速度分布律计算每秒碰到单位面积器壁上的气体分子数。已知X方向速度分布律如下： 每秒碰到单位面积器壁上的气体分子数** 物理意义? 每秒碰到单位面积器壁上的气体分子数** 解：取直角坐标xyz，在垂直于x轴的器壁上取一小块面积dA.设单位体积内的分子数为n，则单位体积内速度分量在vx-vx+dvx区间内的分子数为 在该速度区间内的分子数在dt时间内能够与dA 相碰的分子数为 因此每秒碰到单位面积器壁上的分子数为 首先将铀转变为气体化合物。到目前为止，六氮化铀是唯一合适的一种气体化合物。 气体扩散法 试用Maxwell速率分布律证明平动动能在?-?+d ?内分子数占总分子数的百分比为 并根据上式求分子平动动能的最概然值和平均值。 解： 自由程 ： 分子两次相邻碰撞之间自由通过的路程 . 10-6 气体分子的平均自由程 简化模型 1 . 分子为刚性小球 。 2 . 分子有效直径为 （分子间距平均值）。 3 . 其它分子皆静止, 某一分子以平均速率 相 对其他分子运动 . ?? 分子平均碰撞次数 31.1 ℃时：临界等温线 汽液共存线收缩为一拐点，称为临界点 。 48.1℃时：其等温线相似于理想气体的等轴双曲线。 10.3 真实气体的范德瓦尔斯方程 ** 对理想气体状态的修正 （1）体积修正 设V 为容器体积，b为一摩尔分子所占体积 （2）压强修正 f 对理想气体状态的修正 考虑分子间存在引力，气体分子施与器壁的压强应减少一个量值，称为内压强 a为比例系数 范德瓦尔斯方程 范德瓦耳斯方程描述二氧化碳气体等温线曲线与真实气体的等温曲线比较，除在低温时，在虚线部分不符外，其它都能很好的吻合。 范德瓦尔斯方程 麦克斯韦分子速率分布定律 气体分子速度（要考虑方向）具有一定的分布规律，是Maxwell在1859年首先从理论上推导出来的，由于技术条件的限制（如真空技术、测量方法等），直到1920年，施特恩才第一次设计了分子束实验来直接测定分子的速率分布，实验结果与理论公式符合。 麦克斯韦分子速率分布定律 10-4 麦克斯韦速率分布 一、分布函数定义 表示在温度为T 的平衡状态下，速率在V+dV附近单位速率区间 的分子数占总数的百分比 . 物理意义 归一化条件 概率描述?