能量按自由度均分原理課件.ppt

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1、自由度確定一個(gè)物體在空間的位置所必需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目。做直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：一個(gè)自由度做平面運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：二個(gè)自由度做空間運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：三個(gè)自由度10.7能量按自由度均分原理一、自由度的概念1i=3i=2i=12t平動(dòng)自由度；r轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。v振動(dòng)自由度。自由度數(shù)目1.單原子分子(看作質(zhì)點(diǎn))t=3.i=3單原子分子平均能量3既有平動(dòng)，又有轉(zhuǎn)動(dòng)。平動(dòng)可看作質(zhì)心的平動(dòng)。2.剛性雙單原子分子兩個(gè)被看作質(zhì)點(diǎn)的原子被一質(zhì)量不計(jì)的剛性桿相連。xyzμ1μ2C平動(dòng)三個(gè)方向4分子平均平動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)動(dòng)也有三個(gè)方向,但繞自身轉(zhuǎn)動(dòng)的J很小，其轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能可忽略，只剩兩個(gè)。平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能5平均能量

2、t=3,r=2，i=5。多原子分子三個(gè)以上原子構(gòu)成一個(gè)分子。六個(gè)自由度水蒸氣、甲烷等6剛性分子能量自由度633多原子分子523雙原子分子303單原子分子i總r轉(zhuǎn)動(dòng)t平動(dòng)分子自由度7單原子分子：二、能量按自由度均分定理8能量均分定理在溫度為T(mén)的平衡態(tài)下，物質(zhì)分子的每個(gè)自由度都具有相同的平均動(dòng)能，其值。分子平均動(dòng)能單原子分子多原子分子雙原子分子9（1）是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，只適用于大量分子組成的系統(tǒng)。（2）是氣體分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。（3）經(jīng)典統(tǒng)計(jì)物理可給出嚴(yán)格證明。討論10三、理想氣體的內(nèi)能1mol理想氣體的內(nèi)能質(zhì)量為m的理想氣體理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)，與

3、熱力學(xué)溫度成正比。11內(nèi)能變化比較，得四、氣體的摩爾熱容由而12摩爾熱容比得13例11mol剛性多原子分子氣體（可視為理想氣體），壓強(qiáng)為1.0atm，溫度為27℃。若經(jīng)過(guò)一絕熱過(guò)程，使其壓強(qiáng)增加到16atm。試求(1)該過(guò)程中氣體內(nèi)能的增量和對(duì)外所作的功；(2)末狀態(tài)時(shí)氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能和氣體的分子數(shù)密度。解(1)設(shè)該過(guò)程始、末狀態(tài)氣體的壓強(qiáng)、溫度分別為p1、p2、T1、T2。根據(jù)絕熱過(guò)程方程,有14剛性多原子理想氣體i=6，比熱容比絕熱過(guò)程中氣體內(nèi)能的增量為15氣體對(duì)外做功為(2)末狀態(tài)時(shí)分子平均平動(dòng)動(dòng)能和分子數(shù)密度分別為16例2體積為200升的

4、鋼瓶中盛有氧氣，使用一段時(shí)間后，測(cè)瓶中氣體壓強(qiáng)為2atm。求:此時(shí)氧氣的內(nèi)能。解:體積不變。內(nèi)能利用理想氣體物態(tài)方程得氧氣的內(nèi)能17