大学物理第7章 气体动力学.pptVIP

图7-5 刚体的自由度 图7-6 不同分子的结构 7.5.2 能量按自由度均分定理 对于理想气体，分子的平均平动动能为 分子有3个平动自由度，且在平衡态时，分子沿各个方向运动的概率相等，即 故 7.5.3 理想气体的内能 热力学中，把与热运动有关的能量称为内能。 一切物体都具有内能。 物体的内能代表了物体微观上的能量形式。 一般来说，气体的内能包括分子的各种形式动能和势能。 对于理想气体，分子之间无相互作用力，因此理想气体的内能只能是分子各种形式的动能和分子内部原子之间的振动势能的总和。 7.6 气体分子的速率分布 7.6.1 速率分布曲线 表7-2给出了空气分子在273K时的速率分布情况。 设总的分子数为N， 表示分布在某一速率区间的分子数。 表示分布在该区间内的分子数占总分子数的百分比。 速率间隔（单位m???s-1） 分子数的百分比（ΔN/N%） 速率间隔（单位m???s-1） 分子数的百分比（ΔN/N%） 100 1.4 400～500 20.5 100～200 8.4 500～600 15.1 200～300 18.2 600～700 9.2 300～400 21.5 700 7.7 表7-2　空气分子在273K时速率分布情况 第7章 气体动力学 热运动的描述 理想气体的状态方程 7.1 分子热运动的统计规律性 7.2 7.1 热运动的描述 理想气体的状态方程 7.1.1 气体的状态参量 热学中，气体中包含有大量的分子。 位移和速度只能描述每一个分子的微观状态，而不能表征气体的宏观状态。 实验表明，一般情况下，对于一定量的气体，可以通过气体的体积、压强和温度来描述气体的状态。这3个物理量就是气体的状态参量。 气体的体积指的是盛装气体的容器的 体积，即气体分子所能达到的空间，用符 号“V”来表示。在国际单位制（SI）中， 气体的单位为立方米，符号是“m3”；有 时也用升（立方分米）表示，符号是“L”， 1L=10?3m3。 注意：气体的体积与气体分子自身体积总和是完全不同的。 气体的压强指的是气体作用于容器壁，容器壁上单位面积所受到的力，用符号“p”表示，单位是帕斯卡（Pa），即：牛顿/平方米（ ），常用单位还有标准大气压（atm），其换算公式为 1atm=1.013?25×105 Pa 气体的温度是物质内部分子运动剧烈程度的宏观表征，可以用温度来描述物体的冷热程度。 温度的数值表示法称为温标，常用的温标有两种，一种是国际单位制（SI）中的热力学温标T，单位为：开尔文（K）。 按照国际规定，热力学温标是最基本的温标，且1开尔文是水的三相点热力学温度的 ，即把水的三相点温度273.16规定为热力学温标的固定点。另一种是摄氏温标t，单位是摄氏度（℃），它是由热力学温标导出的，一般规定热力学温度273.15K为摄氏温标的零点（ ），即 7.1.2 平衡态 准静态过程 热力学系统的宏观状态可以分为两类：平衡态和非平衡态。 有一封闭容器用隔板将其分为A和B两部分，开始时A部充满气体，B部为真空。将隔板抽去后，A部的气体就会向B部运动，如图7-1所示。 在此过程中，气体内各处的状况是不均匀的，随时间而改变，最后达到处处均匀一致的状态。 图7-1 平衡态和非平衡态 实验总结得到：一定量的气体，在不受外界影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态。 实际中并不存在完全不受外界影响的系统，平衡态只是一个理想状态，是一定条件下对实际状态的近似。 7.1.3 理想气体的状态方程 实验表明，表征一定量气体平衡态的3个参量p、 和 中，当任一个参量发生变化时，其他两个参量也将随之变化。各种实际气体在压强不太大、温度不太低时，遵从玻意耳（R·Boyle）—马略特定律、盖·吕萨克（J·L·Gay-Lussac）定律和查理（J·A·C·Charles）定律。 不难推出，质量为M、摩尔质量为 的气体，在任一平衡态时状态量之间有如下关系 图7-2 等温线 7.2 分子热运动的统计规律性 投掷骰子时，我们不能预先知道骰子一定出现几点，从1点到6点都有可能，也就是说，骰子出现哪几点纯属偶然。 但是，当我们投掷骰子的次数很多时，出现1点到6点中任一点的次数几乎相等，约为总次数的1/6。 这说明，投掷骰子一次，出现的点数是偶