大學(xué)物理-氣體動理論-PPT課件.ppt

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1、第三章氣體動理論理想氣體狀態(tài)方程氣體動理論的壓強公式氣體動理論的溫度公式能量均分定理麥克斯韋速率分布律玻耳茲曼分布律9/8/202113.1理想氣體狀態(tài)方程一、平衡態(tài):熱學(xué)中,能為我們感官所察覺的物體稱為熱力學(xué)系統(tǒng).以外的物體統(tǒng)稱外界。宏觀量:表征系統(tǒng)狀態(tài)和屬性的物理量,它可以直接用儀器測量。微觀量:描述一個微觀粒子運動狀態(tài)的物理量平衡過程:氣體從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài),其間所經(jīng)歷的過渡方式稱為狀態(tài)變化的過程.如果過程所經(jīng)歷的所有中間狀態(tài)都無限接近平衡狀態(tài),該過程稱為平衡過程.平衡態(tài):在不受外界影響的條件下,一個系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)。熱動平衡9/8/202121

2、帕=10巴3、熱力學(xué)溫度T:KT=t+273.162、壓強P:帕二、狀態(tài)參量:1、氣體所占的體積V:4、氣體的質(zhì)量Mm(一個分子質(zhì)量）M=Nm?（摩爾質(zhì)量）?=Nam阿佛加得羅常數(shù)?（摩爾數(shù)）9/8/20213三、理想氣體狀態(tài)方程:9/8/20214解:(1)(2)設(shè)漏氣后的壓力、溫度、質(zhì)量分別為例:容器內(nèi)裝有氧氣0.10kg,壓力為10個大氣壓,溫度為。因為漏氣,經(jīng)過若干時間后,壓力降到原來的,溫度降到。求:(1)容器的容積,(2)漏去了多少氧氣?9/8/20215一.理想氣體微觀模型的基本假設(shè)1.關(guān)于每個分子性質(zhì)的假設(shè)（1）分子當(dāng)作質(zhì)點，不占體積；（因為分子的線度<<分子

3、間的平均距離）（2）分子之間除碰撞的瞬間外，無相互作用力。（忽略重力）（3）服從牛頓力學(xué)規(guī)律（4）彈性碰撞（動能不變）理想氣體分子是遵守牛頓力學(xué)規(guī)律的自由運動的彈性質(zhì)點3-2氣體動理論的壓強公式9/8/202162、關(guān)于分子集體的統(tǒng)計性假設(shè)：VNdVdNn==dV----體積元（宏觀小，微觀大）（3）平衡態(tài)時分子的速度按方向的分布是各向均勻的vx=vy=vz=0vx2=vy2=vz2=v23vx=?nii?nivxiivx2=?nii?nivxi2i（1）分子的速度各不相同，而且通過碰撞不斷變化著；（2）平衡態(tài)時分子按位置的分布是均勻的，即分子數(shù)密度到處一樣，不受重力影響；9

4、/8/20217二．理想氣體壓強公式的推導(dǎo)把所有分子按速度分為若干組，在每一組內(nèi)的分子速度大小，方向都差不多。設(shè)第i組分子的速度在區(qū)間內(nèi)。以ni表示第i組分子的分子數(shù)密度。總的分子數(shù)密度為討論對象：一定質(zhì)量的處于平衡態(tài)的某種理想氣體。9/8/20218?考慮速度在區(qū)間的一個分子對器壁碰撞的沖量?考慮所有各組分子在dt時間內(nèi)，對面積dA的沖量?考慮整個氣體對器壁的壓強討論分四步進行：?考慮速度在區(qū)間的所有分子在dt時間內(nèi)對面積dA的沖量9/8/20219(1)考慮速度在區(qū)間的一個分子對垂直于x的器壁碰撞的沖量：大量分子對垂直x方向的器壁碰撞，在y,z方向的合力是為零的。設(shè)分子質(zhì)

5、量為m,因為是彈性碰撞，一個分子在x方向的速度分量由vix變?yōu)楱Cvix,分子的動量的增量為所以，沒有切向力，只有沿x軸的法向力，只須考慮x方向的沖量。yz9/8/202110(-mvix)-mvix=-2mvix分子受的沖量為-2mvix器壁受的沖量為2mvix(2)考慮速度在區(qū)間的所有分子在dt時間內(nèi)對面積dA的沖量：處于小柱體內(nèi)的，速度基本上為的分子都能在dt時間內(nèi)碰到dA上，9/8/202111（3）考慮dt內(nèi)，所有各組分子對dA的沖量：它們給dA的沖量為9/8/202112（4）考慮整個氣體對器壁的壓強：設(shè)分子的平均平動動能為則9/8/202113壓強只有統(tǒng)計意義。事

6、實證明：這個壓強公式是與實驗相符的；上面的微觀假設(shè)和統(tǒng)計方法也是正確的。思考：推導(dǎo)過程中是否應(yīng)考慮小柱體內(nèi)，會有速度為的分子被碰撞出小柱體，而未打到dA面上?壓強公式宏觀量P微觀量的統(tǒng)計平均值三、幾點討論1.壓強是表示大量分子在單位時間內(nèi)施于器壁單位面積上的沖量。這里的壓強只是統(tǒng)計概念2.顯示了宏觀量和微觀量的關(guān)系9/8/202114一定質(zhì)量的處于平衡態(tài)的某種理想氣體。把所有分子按速度分為若干組，在每一組內(nèi)的分子速度大小，方向都差不多。二．理想氣體壓強公式的推導(dǎo)一次碰撞單分子動量變化在dt時間內(nèi)與dA碰撞的分子數(shù)nivixdtdA斜柱體體積設(shè)dA法向為x軸總的分子數(shù)密度為?=

7、iinn設(shè)第i組分子的速度在區(qū)間內(nèi)。以ni表示第i組分子的分子數(shù)密度vidtdAx2mvix9/8/202115dt時間內(nèi)傳給dA的沖量為vx2=?nivxi2in氣體分子平均平動動能dI=?2mnivix2dtdA(vix>0)三、幾點討論氣體動理論的壓強公式：1.壓強是表示大量分子在單位時間內(nèi)施于器壁單位面積上的沖量。這里的壓強只是統(tǒng)計概念2.顯示了宏觀量和微觀量的關(guān)系9/8/202116二、幾點討論1、溫度是分子無規(guī)則熱運動強弱的標志，熱力學(xué)溫度是分子平均平動動能的量度2、溫度是個統(tǒng)計概念，是用來