7–4 能量均分定理 理想氣體的內(nèi)能.ppt

《7–4 能量均分定理 理想氣體的內(nèi)能.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、一、溫度的本質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義玻爾茲曼常數(shù)理想氣體壓強(qiáng)公式理想氣體狀態(tài)方程分子平均平動(dòng)動(dòng)能溫度公式宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能討論（1）理想氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能只與熱力學(xué)溫度T有關(guān)，而且與熱力學(xué)溫度T成正比，而與氣體的其它性質(zhì)無關(guān)。（2）溫度是氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度，表征分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，溫度越高說明分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，這就是溫度的微觀本質(zhì)。（3）它給出了宏觀量T與微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值關(guān)系，因此，溫度具有統(tǒng)計(jì)意義，對(duì)于單個(gè)分子或少數(shù)分子談溫度是無意義的。熱運(yùn)動(dòng)與宏觀運(yùn)動(dòng)的區(qū)別：溫度所反映的是分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它和物體的整體運(yùn)動(dòng)無關(guān)，物體的整體運(yùn)動(dòng)是

2、其中所有分子的一種有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。注意思考題7–7如果盛有氣體的容器相對(duì)于某坐標(biāo)系勻速運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)分子相對(duì)于坐標(biāo)系的速度也增大了。氣體溫度是否因此而升高？（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。（B）溫度、壓強(qiáng)都不同。（C）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)大于氮?dú)獾膲簭?qiáng).（D）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)小于氮?dú)獾膲簭?qiáng).解：1．一瓶氦氣和一瓶氮?dú)饷芏认嗤?，分子平均平?dòng)動(dòng)能相同，而且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們【補(bǔ)充例題】2．理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T,一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解:二、分子的自由度與分子能量自由度1．

3、物體自由度確定一個(gè)物體在空間的位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。共：六個(gè)自由度;（1）質(zhì)點(diǎn)在線上運(yùn)動(dòng)，一個(gè)自由度；在面上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)自由度；在空間運(yùn)動(dòng)，三個(gè)自由度。定質(zhì)心位置，三個(gè)自由度；定轉(zhuǎn)軸方位，兩個(gè)自由度；定剛體繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過角度，一個(gè)自由度。（2）剛體xyzαβγOωz′Ax′y′O′2．分子的自由度i=t+r+s高溫體現(xiàn)平動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)；常溫體現(xiàn)平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，低溫只體現(xiàn)平動(dòng)，s=0；r=0。s=0，圖7–4雙原子剛性分子的自由度αβγOxyzAO′z′y′x′決定分子在空間位置所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目。平動(dòng)自由度t轉(zhuǎn)動(dòng)自由度r振動(dòng)自由度s分子能量中獨(dú)立的速度和坐標(biāo)的平方項(xiàng)數(shù)目。3．分子能量

4、自由度（1）單原子分子運(yùn)動(dòng)能量:（平動(dòng)能）每一獨(dú)立的速度平方項(xiàng)對(duì)應(yīng)的平均平動(dòng)動(dòng)能都相等為。自由度i=3單原子分子平動(dòng)自由度t=3，（2）雙原子分子雙原子分子平動(dòng)自由度：t=3轉(zhuǎn)動(dòng)自由度：r=2分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能（3）非剛性雙原子分子非剛性雙原子分子*C分子平均振動(dòng)能量分子平均能量非剛性分子平均能量自由度：i=7自由度:分子能量中獨(dú)立的速度和坐標(biāo)的二次方項(xiàng)數(shù)目叫做分子能量自由度的數(shù)目,簡(jiǎn)稱自由度，用符號(hào)i表示.自由度數(shù)目：平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)單原子分子303雙原子分子325多原子分子336剛性分子能量自由度分子自由度平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)總?cè)⒛芰烤侄ɡ須怏w處于平衡態(tài)時(shí)，分子任何一

5、個(gè)自由度的平均能量都相等，均為，這就是能量按自由度均分定理。分子的平均總能量單原子分子i=3：剛性雙原子分子：非剛性雙原子分子：剛性多原子分子：思考題7–8為什么溫度對(duì)大量分子的整體才有意義？7–9兩瓶不同種類的氣體，其分子的平均平動(dòng)動(dòng)能相同，但密度不同，它們的溫度是否相同？壓強(qiáng)是否相同？7–10下列物體各有幾個(gè)自由度：（1）在一平面上滑動(dòng)的粒子；（2）可在一平面上滑動(dòng)并繞垂直于該平面的軸轉(zhuǎn)動(dòng)的硬幣；（3）在空間自由運(yùn)動(dòng)的三角形金屬架。四、理想氣體的內(nèi)能分子中各種形式的動(dòng)能（平動(dòng)動(dòng)能、轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能、振動(dòng)動(dòng)能）和分子間、分子內(nèi)各原子間相互作用的勢(shì)能的總和，叫氣體的內(nèi)能（inter

6、nalenergy）。對(duì)于理想氣體來說，不計(jì)分子與分子間的相互作用力，因此，理想氣體的內(nèi)能是氣體內(nèi)所有分子的各種動(dòng)能和分子內(nèi)原子間振動(dòng)勢(shì)能之總和。1mol理想氣體的內(nèi)能：νmol理想氣體的內(nèi)能：νmol理想氣體內(nèi)能的增量為:一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只是熱力學(xué)溫度的單值函數(shù)，而與氣體的體積及壓強(qiáng)無關(guān)。注意內(nèi)能與力學(xué)中的機(jī)械能有明顯的區(qū)別，靜止地球表面上物體的機(jī)械能可以等于零，但物體內(nèi)部的分子，原子仍然在運(yùn)動(dòng)著和相互作用著，因此，內(nèi)能永遠(yuǎn)不會(huì)等于零。思考題7–11為什么理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，而與氣體的體積無關(guān)。試從理想氣體的微觀模型解釋?！纠}7–2】當(dāng)溫度為0oC時(shí)，

7、分別求1mol氦、氫和氧、氨等氣體的內(nèi)能，當(dāng)它們的溫度升高lK時(shí)，內(nèi)能各增加多少?解：氦氣為單原子氣體、氫氣、氧氣、氯氣為雙原子氣體。因此，對(duì)1mol的氦氣，其內(nèi)能為1mol的氫、氧、氯氣，其內(nèi)能都為氣溫升高lK時(shí)，lmol氦氣內(nèi)能增加lmol氫氣、氧氣、氯氣內(nèi)能各增加