热学第二章 节 气体分子动理论的基本概念.pptVIP

第二章 气体分子动理论的基本概念 前 言 宏观物体是由大量微粒--分子（或原子）组成的。 物体中的分子处于永不停息的无规则运动中，其 激烈程度与温度有关。 分子之间存在着相互作用力。 从上述物质分子运动论的基本观点出发，研究和说明宏观物体的各种现象和性能是统计物理学的任务 本章讨论的气体分子运动论是统计物理学最简单最基本的内容。目的在于使我们了解一些气体性质的微观解释，并学到一些统计物理的基本概念和方法。 §1 分子运动论的基本观点 1、宏观物体是由大量不连续的分子或原子组成 利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成 IBM 字母的照片. 现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大小以及它们在物体中的排列情况, 例如 X 光分析仪,电子显微镜, 扫描隧道显微镜等. 对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时, 必须用统计的方法. 分子的数密度和线度 阿伏伽德罗常数：1 mol 物质所含的分子（或原子）的数目均相同 . 例 常温常压下 分子数密度（ ）：单位体积内的分子数目. 例 标准状态下氧分子 直径 （2）分子（或原子）总是处于永不停止的无规运动中 . 其运动的剧烈程度与物体的温度有关。 扩散现象：气体和液体中的扩散现象是分子热运动所致。固体中的扩散现象通常不大显著，只有高温下才有明显效果。 因温度越高，分子热运动越剧烈，因而越易挤入分子之间。 一 理想气体的微观模型 分子本身的线度，比起分子之间的距离来说可以忽略不计。可看作无体积大小的质点。 除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用。 分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的，即碰撞前后气体分子动能守恒。 § 2 理想气体的压强 1. 对单个分子的力学性质的假设 2. 对大量分子组成的气体系统的统计假设： （1）分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着； （2）平衡态时分子按位置的分布是均匀的， 即分子数密度到处一样，不受重力影响； V N dV dN n = = dV----体积元（宏观小，微观大） （3）平衡态时分子的速度按方向的分布是各向均匀的。 每个分子的速率的平方 N个分子速率平方的平均 设在体积为V的容器中储有N个质量为m的分子组成的理想气体。平衡态下，若忽略重力影响，则分子在容器中按位置的分布是均匀的。分子数密度为 n=N/V. 理想气体压强公式 从微观上看，气体的压强等于大量分子在单位时间内施加在单位面积器壁上的平均冲量。有 dI为大量分子在dt时间内施加 在器壁dA面上的平均冲量。 二 理想气体的压强公式 单个分子单位时间施于器壁的冲量 分子施于器壁的冲量 一次碰撞分子在x方向动量变化 分子连续两次与A1面碰撞间隔的时间 单位时间内分子碰撞次数 单个分子在单位时间内给予 器壁A1面的冲量 N个分子对器壁A1面的作用 单位时间内 N 个分子对器壁A1面的总冲量 器壁 所受平均冲力 气体压强 统计规律 分子平均平动能 器壁 面所受平均冲力 为气体的密度， 讨论 统计关系式 压强的物理意义 宏观可测量量 微观量的统计平均值 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 . 分子平均平动能 1、理想气体状态方程: §3 温度的微观解释 玻尔兹曼常量 2 分子平均平动动能与温度的关系 温度标志着物体内 部分子无规则运动 的激烈程度 微观量的统计平均值 根据 p = nkT可得阿伏伽德罗定律: n: 单位体积内的分子数 阿伏伽德罗定律: 在相同的温度和压强下,各种气体在相同的体积内所含的分子数相等. 温度 T 的物理意义 3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。 1） 温度是分子平均平动能的量度 （反映热运动的剧烈程度）. 2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义. （1）平均平动动能是分子杂乱无章热运动的平均平动动能，和物体宏观运动无关，它不包括整体定向运动动能。 物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现。只有作高速定向运动的粒子流经过频繁碰撞改变运动方向而成无规则的热运动，定向运动动能转化为热运动动能后，所转化的能量才能计入与绝对温度有关的能量中。 （2）粒子的平均热运动动能与粒子质量无关，而仅与温度有关。以后从这一性质出发引出热物理中又一重要规律——能量均分定理。 注意 （A）温度相同、压强相同。