第7章溫度和氣體分子動(dòng)理論ppt課件.ppt

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1、第二篇熱學(xué)緒言①熱現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是大量微觀分子的熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，因此本篇內(nèi)容包括兩個(gè)方面：氣體分子動(dòng)理論熱力學(xué)基礎(chǔ)研究分子微觀運(yùn)動(dòng)與宏觀物理量之間的關(guān)系研究宏觀的熱現(xiàn)象②大學(xué)物理的力學(xué)部分只涉及一個(gè)宏觀層次的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而大學(xué)物理的熱學(xué)則從宏觀規(guī)律和微觀理論兩個(gè)層次上，并由此構(gòu)成了從宏觀現(xiàn)象尋找微觀解釋，用微觀量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示宏觀量本質(zhì)的思想認(rèn)識(shí)途徑。這就是熱學(xué)物理思想與力學(xué)物理思想的主要區(qū)別所在。熱學(xué)正是沿著這樣的思想認(rèn)識(shí)途徑建立起關(guān)于熱運(yùn)動(dòng)的一般理論。以“熱動(dòng)平衡”為特點(diǎn)的熱力學(xué)平衡態(tài)體現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)思想；③熱學(xué)從對(duì)狀態(tài)的描述開始，以對(duì)熱學(xué)量的統(tǒng)計(jì)性描述開始取代了對(duì)力學(xué)量的確定性描述，

2、這個(gè)思想一直貫穿在熱學(xué)理論的展開過程中。壓強(qiáng)和溫度的微觀解釋和分子運(yùn)動(dòng)隨機(jī)量的統(tǒng)計(jì)“集中度”思想；麥克斯韋速度分布和分子運(yùn)動(dòng)隨機(jī)量的統(tǒng)計(jì)“分散度”的思想；……④熱力學(xué)第一定律與能量守恒和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化的思想；熱力學(xué)第三定律與絕對(duì)零度不可能達(dá)到的分子運(yùn)動(dòng)論思想；熱力學(xué)第二定律以及熵和時(shí)間箭頭方向的思想；⑤熱力學(xué)三大定律的特殊表達(dá)方式（否定式）第七章溫度和氣體動(dòng)理論玻耳茲曼麥克斯韋§7.1微觀與宏觀一、熱力學(xué)系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究的對(duì)象）：大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀物體。外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。例：籃球，球內(nèi)氣體是一個(gè)系統(tǒng)，球殼及球外氣體為外界。系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)與

3、外界交換特點(diǎn)）：孤立系統(tǒng)：與外界既無能量又無物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無物質(zhì)交換開放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換按系統(tǒng)所處狀態(tài)：平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)二、宏觀量與微觀量要研究一個(gè)系統(tǒng)的性質(zhì)及其變化規(guī)律，首先要對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行描述。描述方法有兩類：宏觀描述和微觀描述，對(duì)應(yīng)的參數(shù)即為宏觀量和微觀量。1.宏觀量：對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)從整體上加以描述的物理量可直接用儀器測量，而且一般能為人的感官所察覺。如氣體的成分、體積、壓強(qiáng)、溫度、內(nèi)能等。2.微觀量描述系統(tǒng)內(nèi)個(gè)別微觀粒子特征的物理量。不能為人的感官所察覺，一般不能直接用儀器測量。如分子質(zhì)量、速度、直徑、位置、能量等。3

4、、宏觀量與微觀量的內(nèi)在聯(lián)系：分子或原子以不同的形式不停運(yùn)動(dòng)，每個(gè)都具有一定的位置、能量、質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度。任何宏觀物體都由大量的分子或原子組成?！梦⒂^量描述大量微觀粒子運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)就體現(xiàn)為宏觀物理量！宏觀量是相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。熱力學(xué)研究⑴各宏觀量之間的關(guān)系，即宏觀熱力學(xué)規(guī)律。⑵通過求微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值的方法了解宏觀規(guī)律的本質(zhì)。按系統(tǒng)所處狀態(tài)：平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)1、平衡態(tài):在無外界的影響下，不論系統(tǒng)初始狀態(tài)如何，經(jīng)過足夠長的時(shí)間后，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變的穩(wěn)定狀態(tài)。平衡條件:(1)系統(tǒng)與外界在宏觀上無能量和物質(zhì)的交換，(2)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。非平衡態(tài):不

5、具備兩個(gè)平衡條件之一的系統(tǒng)。三、平衡態(tài)箱子假想分成兩相同體積的部分，達(dá)到平衡時(shí)，兩側(cè)粒子有的穿越界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。例如：粒子數(shù)3、平衡態(tài)是一種理想狀態(tài)處在平衡態(tài)的大量分子仍在作熱運(yùn)動(dòng)，而且因?yàn)榕鲎?，每個(gè)分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時(shí)間改變。2、平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡2、狀態(tài)方程：實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)一定的系統(tǒng)，在平衡態(tài)下，它的狀態(tài)參量滿足一定的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系叫做狀態(tài)方程。例如，理想氣體狀態(tài)方程：（m氣體質(zhì)量、M摩爾質(zhì)量、R普適常數(shù)）1、狀態(tài)參量：平衡態(tài)下描述宏觀屬性的相互獨(dú)立的物理量。常用的狀態(tài)參量為壓強(qiáng)p、體積V、溫度T四、狀態(tài)方程一、熱平衡溫度表征物體的冷熱程度A、B

6、兩體系互不影響各自達(dá)到平衡態(tài)A、B兩體系達(dá)到新的平衡態(tài)，稱這兩個(gè)系統(tǒng)彼此處于熱平衡態(tài)。AB絕熱板初態(tài)AB導(dǎo)熱板末態(tài)§7.2溫度的概念A(yù)、B發(fā)生熱接觸后，各自原先所處的熱平衡被破壞。熱平衡：僅由于交換能量而導(dǎo)致兩個(gè)(或多個(gè))系統(tǒng)共同達(dá)到的一種平衡態(tài)叫熱平衡。ABC如果系統(tǒng)A和系統(tǒng)B同時(shí)與第三個(gè)系統(tǒng)C處于熱平衡，則A、B之間也必定處于熱平衡?！獰崃W(xué)第零定律處在相互熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)擁有某一共同的宏觀物理性質(zhì)——溫度二、熱力學(xué)第零定律系統(tǒng)A、B同時(shí)與系統(tǒng)C接觸，而系統(tǒng)A、B相互隔絕。三、溫度的宏觀意義彼此處于熱平衡的所有系統(tǒng)，必定具有相同的溫度；溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱

7、平衡的宏觀性質(zhì)。溫度不同的兩個(gè)物體，通過熱接觸可達(dá)到熱平衡，具有相同的溫度。——測量物體溫度的理論依據(jù)§7.3理想氣體溫標(biāo)溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法叫溫標(biāo)一、理想氣體溫標(biāo)玻意耳定律：一定質(zhì)量的氣體，在一定溫度下，其壓強(qiáng)p和體積V的乘積是個(gè)常量pV=常量為表示氣體的這種共性，引入理想氣體的概念1、理想氣體：在各種壓強(qiáng)下都嚴(yán)格遵守玻意耳定律的氣體，是各種實(shí)際氣體在壓強(qiáng)趨于零時(shí)的極限情況，是一種理想模型。對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，它的pV乘積只決定于溫度，由此定義了一個(gè)溫標(biāo)——理想氣體溫標(biāo)。