[理学]第5章__气体动理论.ppt

例 例2 准静态传热 单原子分子 平动自由度 t=3 双原子分子 平动自由度t=3 转动自由度r=2 三原子分子 平动自由度t=3 转动自由度r=3 基本形式 : 平动 + 转动 二、 能量按自由度均分原理 条件：在温度为T 的平衡态下 1.每一平动自由度具有相同的平均动能 每一平动自由度的平均动能为 2.平衡态 各自由度地位相等 ?每一转动自由度，每一振动自由度也具有 与平动自由度相同的平均动能，其值也为 3. 表述 在温度为T 的平衡态下，物质 (汽 液 固)分子每个自由度具有相同的 平均动能 , 其值为 。 （1)能量分配 没有占优势的自由度 （2)注意下列概念的物理含义 物质： 对象无限制 --- 普遍性的一面 平衡态： 对状态的限制 平均动能：平均----统计的结果 讨论 （3)由能量均分原理可得，平衡态下 每个分子的平均动能 （4)关于振动自由度(分子中原子之间距离的变化） 简谐振动 每个振动自由度还具有kT/2的平均势能 T 低于几千K 振动自由度冻结 刚性 T低于几十K 转动自由度冻结 只有平动 本章仅考虑刚性分子： 分子平均动能 刚性双原子分子 单原子分子 刚性多原子分子 总自由度 三、 理想气体的内能 N个粒子组成的系统 分子热运动能量 系统内所有分子平均动能和 分子间作用的平均势能之总和 对于理想气体分子间作用力 内能定义: 所以分子间作用势能之和为零 内能为 刚性理想气体分子系统,分子内部势能也为零,所以内能为 1mol 刚性理想气体分子系统的内能 刚性理想气体分子系统的内能 例题1 一个大气压下，27 0C时空气分子的 平均动能是多少？ 解：空气主要由氮气、氧气构成，可看作双原子分子。室温下振动自由度未激活。分子的自由度为5，所以，一个分子的平均动能为： J 例题2 三个容器内分别储有 1mol 氦气（He）， 1mol 氢气（H2）和1mol 氨气（NH3）.将它们均视为刚性分子的理想气体。若它们的温度都升高 1K,则三种气体的内能的增加值分别是多少？ 解： J J J 作业 5.4 5.7 5.8 5.9 §5.4 麦克斯韦速率分布律 一、 解决粒子集体行为的统计方法 二、 分布函数及其意义 三、 麦克斯韦速率分布函数 四、 速率分布函数的应用 一、 解决粒子集体行为的统计方法 1. 演示 单个粒子行为--- 偶然 大量粒子行为--- 必然 物理启示 如何研究统计分布规律？ 如研究粒子按坐标分布规律 应给出坐标 附近 间隔内 粒子数 占总分子数 N 的百分比 概率 概率 粒子按坐标的统计分布律 2. 结论 （1） 统计分布的基本方法 分间隔 坐标分布 速率分布 能量分布 二、 分布函数及其意义 以速率分布函数为例 与v 和dv 有关 1.分间隔 2. 概率 3.速率分布函数 只与速率v 有关 或说 只是v 的函数 单位速率间隔内的分子数 占总分子数的百分比 间隔内的分子数占 总分子数的百分比 分子速率在 附近 分子速率在 讨论 （1） 的意义 间隔内的分子数 归一性质 分子速率在 （2）f (v ) 的性质 三、 麦克斯韦速率分布函数 系统：理想气体 平衡态 自由空间 1. 麦氏速率分布函数 必定存在一个极大值 2.麦克斯韦速率分布曲线 讨论 2. 曲线下的面积： 曲线下总面积 = 图示小面积= 3. 三种统计速率： * 《普通物理学》 第五章 气体动理论 §5.3 能量均分定理 理想气体的内能 §5.4 麦克斯韦速率分布律 §5.6 分子碰撞和平均自由程 §5.5 玻尔兹曼分布简介 第五章 气体动理论 §5.1 热运动的描述 理想气体模型和状态方程 §5.2 理想气体的压强和温度公式 一、热学的研究对象 冷热 --- 温度 与温度有关的物理规律 热学的意义 （1) 大量存在 （2) 能量转化 对象的特征：大量无规则运动的粒子组成 1. 热力学 宏观 实验 能量 可靠 2. 统计物理 微观 理论模型 相辅相成、相互补充 二、研究热现象的两大分支 统计物理的基本思想 宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子 进行无规运动的一些微观量的统计平均值 宏观量 实测的物理量 如 P T E 等 微观量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、能量等等 无法直接测量的量 气体分子系统的统计分布 解决问题的一般思路 从单个粒子的行为出发 大量粒子的行为--- 统计规律 统计的方法