热学能量均分定理.pptVIP

* 能量均分原理 一、能量按自由度均分原理 总内能 总动能 总势能 平动动能 转动动能 振动动能 1.自由度 描述物体运动自由程度的物理量。 决定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数。 所谓独立坐标数是指描写物体位置所需的最少的坐标数。 例： 轮船在海平面上行驶，要描写轮船的位置至少需要两维坐标，则自由度为 2。 飞机在天空中飞翔，要描写飞机的空间位置至少需要三维坐标，则自由度为 3。 但对于火车在轨道上行驶时自由度是多少呢？ 自由度是 1，由于受到轨道限制有一维坐标不独立。 物体沿一维直线运动，最少只需一个坐标，则自由度数为1。 2)、两个刚性质点 总自由度 1)、一个质点 平动自由度 3)、三个或三个以上的刚性质点 平动自由度 转动自由度 总自由度 转动自由度 平动自由度 转动自由度 总自由度 单原子分子、气体 双原子分子 2、气体分子自由度 1)、单原子分子气体 He、Ne、Ar 平动自由度 转动自由度 总自由度 2)、双原子分子气体 H2、O2 平动自由度 转动自由度 总自由度 3)、多原子分子气体 CO2、H2O、CH4 平动自由度 转动自由度 总自由度 3.分子动能按自由度均分的统计规律 每个平动自由度上分配了一份kT/2的能量 推广到转动等其它运动形式，得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 。 分子平均平动动能 平动动能 转动动能 使平动动能与转动动能达到相同，即每个自由度上也平均分配了kT/2能量。 分子有 i 个自由度，其平均动能就有i 份 kT/2 的能量。 分子平均总动能 由于分子的激烈碰撞（几亿次/秒），使平动动能与转动动能不断转换， 说明： 1）该定理是统计规律，只适用于大量分子组成的系统。 2）是由于大量分子无规则碰撞的结果。 能量按自由度均分原理：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，都于 。 4、气体分子的能量 分子平均总动能 单原子分子 双原子分子 多原子分子 机械能：E＝Ek+Ep 所有气体分子的动能和势能的总和。 2、理想气体内能 二、理想气体的内能 宏观物体 内能不能为零 1、内能 理想气体：分子间无相互作用 →无势能 理想气体的内能＝内动能 一个分子的能量： 1 mol气体分子的能量： M 千克气体的内能： 内能只是温度的函数而且与热力学温度成正比。 单原子分子气体 刚性双原子分子气体 刚性多原子分子气体 * * *