第5章气体动理论.pptx
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1、第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础 5.1 5.1 平衡态平衡态 温度温度 理想气体状态方程理想气体状态方程一、平衡态一、平衡态1.热力学系统:热力学系统:大量微观粒子大量微观粒子(分子、原子等分子、原子等)组成的宏观物体。组成的宏观物体。外界外界:研究对象以外的物体研究对象以外的物体外界外界系统系统外界外界第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础 对于一个不受外界影响的系统,不论其初始对于一个不受外界影响的系统,不论其初始状态如何,经过足够长的时间后,必将达到一个状态如何
2、,经过足够长的时间后,必将达到一个宏观性质不再随时间变化宏观性质不再随时间变化的稳定状态,这样的一的稳定状态,这样的一个状态称为个状态称为热平衡态热平衡态,简称,简称平衡态平衡态.系统分类系统分类(1)孤立系统:与外界无能量和物质交换孤立系统:与外界无能量和物质交换(2)封闭系统:与外界有能量但无物质交换封闭系统:与外界有能量但无物质交换(3)开放系统:与外界有能量和物质交换开放系统:与外界有能量和物质交换2.热平衡态热平衡态第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础系统处于平衡态,必须同时满足两个条件:系统处于平衡态,必须同时满足两个条
3、件:系统与外界在宏观上无能量和物质的交换系统与外界在宏观上无能量和物质的交换 系统的宏观性质不随时间变化系统的宏观性质不随时间变化 说明:说明:平衡态是一种热动平衡平衡态是一种热动平衡 平衡态是一种理想状态平衡态是一种理想状态第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础3.热力学系统的描述热力学系统的描述宏观量宏观量:平衡态下用来描述系统宏观属性的物理量。平衡态下用来描述系统宏观属性的物理量。描述系统热平衡态的相互独立的一组宏观量描述系统热平衡态的相互独立的一组宏观量,叫系叫系统的统的状态参量状态参量。如:气体的如:气体的 p、V、T一组态
4、参量一组态参量一个平衡态一个平衡态描述描述对应对应微观量微观量:描述系统内个别微观粒子特征的物理量。描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如如:分子的质量、分子的质量、直径、速度、动量、能量直径、速度、动量、能量 等。等。微观量与宏观量有一定的内在联系微观量与宏观量有一定的内在联系。第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础5二、二、热力学第零定律热力学第零定律 温度温度1.1.温度概念温度概念 温度温度是表征物体冷热程度的宏观状态参量。温是表征物体冷热程度的宏观状态参量。温度概念的建立是以热平衡为基础的。度概念的建立是以热平衡为基础的。第
5、第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础6ABAB绝热壁绝热壁导热壁导热壁ABCABC 如果两个系统分别与第三个系统的同一平衡态如果两个系统分别与第三个系统的同一平衡态达到热平衡,那么,这两个系统彼此也处于热平衡达到热平衡,那么,这两个系统彼此也处于热平衡.这个结论称为这个结论称为热力学第零定律热力学第零定律.第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础 热平衡定律说明,处在相互热平衡状态的系统必热平衡定律说明,处在相互热平衡状态的系统必定拥有某一个共同的宏观物理性质。定拥有某一个共同
6、的宏观物理性质。定义定义:处在相互热平衡状态的系统所具有的共同的处在相互热平衡状态的系统所具有的共同的宏观性质叫温度。宏观性质叫温度。一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度.温标温标温度的数值表示法。温度的数值表示法。摄氏温标、热力学温标摄氏温标、热力学温标第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础8三三 理想气体状态方程理想气体状态方程理想理想状态方程状态方程:理想气体宏观理想气体宏观定义定义:遵守三个实验定律的气体:遵守三个实验定律的气体.为气体的摩尔质量为气体的摩尔质量为气体质量为气体质量为普适
7、气体常量为普适气体常量第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础9一、一、理想气体分子模型和统计假设理想气体分子模型和统计假设 5.2 5.2 理想气体的压强和温度理想气体的压强和温度1.理想气体的分子模型:理想气体的分子模型:(1)分子可以看作质点。分子可以看作质点。(2)除碰撞外,分子力可以略去不计。除碰撞外,分子力可以略去不计。(3)分子间的碰撞是完全弹性的。分子间的碰撞是完全弹性的。理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。理想气体的分子模型是弹性的自由运动的质点。第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章
8、章 气体动理论基础气体动理论基础2.平衡态时,理想气体分子的统计假设有:平衡态时,理想气体分子的统计假设有:(1)无外场时,气体分子在各处出现的概率相同。无外场时,气体分子在各处出现的概率相同。分子的数密度分子的数密度n处处相同,处处相同,(2)由于碰撞,由于碰撞,分子可以有各种不同的速度,速度分子可以有各种不同的速度,速度 取向各方向等概率。取向各方向等概率。第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础11二、理想气体的压强公式二、理想气体的压强公式 设设边长分别为边长分别为 、及及 的的长方体中有长方体中有 N 个个质量质量为为 m 的
9、的同类气体分子,计算同类气体分子,计算 壁面所受压强壁面所受压强.第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础12分子分子i运动速度运动速度 大量分子对器壁碰撞的总效果:大量分子对器壁碰撞的总效果:连续的、恒定连续的、恒定 的的力的作用力的作用.单个分子对器壁碰撞特性单个分子对器壁碰撞特性:间断的、随机的间断的、随机的.第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础13i分子单位时间对器壁的冲量分子单位时间对器壁的冲量i分子分子x方向动量增量方向动量增量两次碰撞间隔时间两次碰撞间隔时间单位
10、时间碰撞次数单位时间碰撞次数i分子对分子对A1面的平均冲力面的平均冲力 第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础14所有分子对所有分子对A1面的平均作用力面的平均作用力 分子数密度分子数密度 第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础15分子平均平动动能分子平均平动动能平衡态下平衡态下 第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础16 统计关系式统计关系式压强的物理压强的物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量的统计平均值微观
11、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压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.问问 为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞?分子平均分子平均平动平动动能动能第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础17玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量三、温度的统计解释三、温度的统计解释阿伏加德罗常数阿伏加德罗常数 第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4 4版版)第第7 7章章 气体动理论基础气体动理论基础18温度温度 T 的物理的物理意义意义 3)在同一温度下,各种气体分子平均平动动能均
12、在同一温度下,各种气体分子平均平动动能均相等相等.(与第零定律一致)(与第零定律一致)1)温度是分子平均平动动能的量度温度是分子平均平动动能的量度 (反映热运动的剧烈程度)(反映热运动的剧烈程度).热热运动与运动与宏观宏观运动的运动的区别区别:温度所反:温度所反映的是分子的无规则运动,它和物体的整映的是分子的无规则运动,它和物体的整体运动无关,物体的整体运动是其中所有体运动无关,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分子的一种有规则运动的表现.注意注意2)温度是大量分子的集体表现,个别分子无意义温度是大量分子的集体表现,个别分子无意义.第第1 1节节 大学物理学大学物理学(第第4
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