[理学]五 气体分子运动论.pptVIP

5-1 物质的微观模型 1、任何宏观物体都是由大量分子或原子组成。 2、分子或原子在不停地运动着。 (1)、运动是无规则的； (2)、运动的剧烈程度与物体的温度有关。 扩散（diffussion） 渗碳——增加钢件表面碳成分，提高表面硬度的一种热处理方法。 半导体器件生产: 使特定的杂质在高温下向半导体晶体片表面内部扩散、渗透，从而改变晶片内杂质浓度分布和表面层的导电类型。 布朗运动（Brownian motion） ① 汽化热； ②锯断的铅柱加压可黏合； ③玻璃熔化可接合； ④胶水、浆糊的黏合作用。 ①固体、液体能保持一定体积而很难压缩； ②气体分子经过碰撞而相互远离。 小 结 分子力是一种电磁相互作用力 这种电磁相互作用力并非仅是简单的库仑力， 分子力是由一分子中所有的电子和核与另一个分子中所有的电子和核之间复杂因素所产生的相互作用的总和。 分子力是一种保守力，可用势能描述，称为分子相互作用势能。 摩擦力、张力、弹力、压力 、表面张力等都是分子力的某种宏观表现。 5-2 理想气体的压强 一、理想气体的微观模型 2、除碰撞的一瞬间外，分子之间和分子与器壁之间的相互作用可以忽略不计。分子在两次碰撞之间作自由的匀速直线运动。 气体分子之间的平均距离远大于分子之间的有效作用力距离。 常温常压下，气体分子两次碰撞间平均走过的路程是分子大小200倍左右. 由此可估计到分子在两次碰撞之间的运动过程中基本上不受其他分子作用 。 3、分子之间及分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的。气体分子动能不因碰撞而损失，在碰撞中动量守恒、动能守恒。 1）容器中的气体运动过程中高度变化不大，分子运动过程中分子动能的变化比其重力势能变化大得多，所以分子所受的重力可以忽略不计。 2）平衡态下，气体分子热运动的平均动能不会发生变化，所以分子之间以及分子与器壁之间发生碰撞时，无动能损失，即碰撞是完全弹性的。 二、理想气体的压强 1、气体压强的产生  1738年虎克和伯努利 3、应用 平衡辐射光子气体的压强(研究太阳等恒星的辐射规律等) 光子气体与理想气体相似： （1）、光子在空间的传播也没有择优取向； （2）、光子与光子之间也没有相互作用； （3）、光子气体的能量等于组成光子气体的所有光子的能量之和，不过所有光子都以同以光速运动，具有不同频率的光子(能量也不同). 分子运动论对于理想气体的讨论方法应用于平衡辐射场. 单位体积的n个光子中，有个n/6个光子垂直于空腔壁，以光速c运动 。 金属自由电子气模型： 金属中的价电子可以近似地看成是无相互作用的自由电子（自由电子气），金属表面相当于一个装有自由电子气体的容器壁，自由电子气也可以当成是理想气体来讨论。 在T=0K时，金属中的自由电子以106m/S的数量级的平均速率运动，自由电子与器壁表面的压强为简并压强（费米压强），这简并压强能达到105atm。 在超密态物质白矮星、中子星中，存在有大量的电子或中子，其速率分布类似于T=0K时金属中自由电子的分布，因而也存在有简并压强。对于这些星体，简并压强也是抗衡引力压强的因素之一，在这些星体的演变过程中同样起到十分重要的作用。 5-4 分子力Molecular Force 关于分子之间的相互作用力，根源很复杂，只讨论一些定性的概念。 分子力与分子热运动 分子热运动和分子之间的相互作用力是决定物质各种性质的基本因素，在气体中虽然分子热运动占支配地位，但是分子力也并非不起作用。 2、分子力是一种电磁相互作用力，是由一个分子中所有的电子与核与另外一个分子中所有的电子和核之间复杂的因素所产生的相互作用的总和。 1、当原子或分子之间的间距较大时，它们之间有微弱的吸引力。随着r的减小，吸引力逐渐加强。但是当两个原子或分子靠近到一定距离以内时，相互之间产生强烈地排斥。 分子直径： 原子核外的电子呈电子云分布，因而原子或分子没有明确的边界，也就谈不上有什么明确的直径。 1）一种理解是分子的大小，主要是指由分子组成固体时，最临近分子的平均距离，即以上提到的r0 ； 2）第二种理解是两个分子作对心碰撞时，两个分子质心之间的最短距离，即以上提到的d. 显然，二者是不相同的，但是在通常情况下，两者差异不是很大，数量级相同。 二、另外几种气体分子模型 2苏则朗(Sutherland)模型 分子：有吸引力的刚球 当两个分子碰撞时，分子间的相互作用力或相互作用势能为无限大，而当两个分子分离时分子间的吸引力为 3 Mie势 1907年米（Mi