大學物理 氣體動理論ppt課件.ppt

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1、熱學的研究對象：由大量微觀粒子（原子、分子等）所構成的物質系統(tǒng)，稱為熱力學系統(tǒng)（系統(tǒng)）熱學的內容劃分：熱學分為氣體動理論和熱力學。氣體動理論：應用統(tǒng)計的方法推求系統(tǒng)宏觀量與微觀量統(tǒng)計平均值之間的關系。研究的是某一個狀態(tài)。熱力學：從能量出發(fā)，以大量實驗觀測為基礎來研究物質的熱運動的宏觀基本規(guī)律及其應用。研究的是變化過程中的規(guī)律。熱學的研究內容：熱現(xiàn)象的宏觀特征及其微觀本質。第六章氣體動理論研究對象：理想氣體研究方法：統(tǒng)計方法研究內容：研究大量氣體分子的熱運動規(guī)律及其微觀模型解釋。一、平衡態(tài)：1、狀態(tài)與過程：2、平衡態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，宏觀性質不隨時間

2、變化的狀態(tài)。3、平衡態(tài)的特點：平衡態(tài)是實際情況的一種抽象和近似。是一種熱動平衡。第一節(jié)理想氣體的物態(tài)方程不受外界影響：既不做功也不傳熱。二、氣體的狀態(tài)參量1、體積V：宏觀上講體積表示容器的容積。微觀上看是容器中分子所能夠到達的區(qū)域。單位是立方米。2、壓強P：宏觀上看，壓強表示容器內的氣體對容器壁單位面積上的壓力。微觀上看，壓強表示容器內分子熱運動對容器壁單位面積上的平均沖力。單位：帕斯卡。1標準大氣壓=1.013×105Pa。3、溫度T：宏觀上看，溫度表示系統(tǒng)的冷熱程度。微觀上看，表示氣體熱運動的劇烈程度。國際單位是：開爾文（K）。宏觀上描寫氣體狀態(tài)的參量有如

3、下三個：三、理想氣體物態(tài)方程：1、理想氣體的定義：嚴格遵守玻意爾定律、蓋-呂薩克定律、查里定律的氣體叫理想氣體。2、理想氣體平衡態(tài)的狀態(tài)方程（克喇伯龍方程）:其中R為普適氣體常數(shù)為氣體的物質的量為阿伏加德羅常數(shù)3、狀態(tài)方程的其他形式：分子數(shù)密度RTNNpVA=nkTTNRVNp==A玻爾茲曼常數(shù)ANRk=第二節(jié)理想氣體平衡態(tài)的壓強與溫度公式一、理想氣體的微觀模型：2、分子本身的大小與分子間平均距離相比可以忽略不計，分子可以看成是質點。3、除碰撞的瞬間外，分子間的相互作用力可忽略不計。因此在兩次碰撞之間分子的運動可以當作勻速直線運動。氣體分子與分子之間的碰撞以及

4、分子與容器壁之間的碰撞可以看作是完全彈性碰撞?？傊硐霘怏w可看作是一群彼此間無相互作用的無規(guī)運動的彈性質點的集合。1、分子永不停息地作無規(guī)則運動。二、平衡態(tài)的統(tǒng)計假設——等幾率原理1、理想氣體處于平衡態(tài)時，分子出現(xiàn)在容器內各處的幾率相等。即分子數(shù)密度處處相等，具有分布的空間均勻性。2、分子朝各個方向運動的幾率相等，具有運動的各向同性。推論：分子沿各個方向運動的速度分量的各種平均值應該相等。結論：速度分量的方均值等于速度平方的平均值的三分之一。三、壓強公式：1、壓強的微觀解釋（伯努利）：大量氣體分子單位時間內給予器壁單位面積上的平均沖力。2、推導過程：一次碰撞

5、給予A的沖量為：碰撞前的速度{}碰撞后的速度{}l1l2l3vAviximxyzl1l2l3mviA--單位時間內該分子給予A沖量：--N個分子在單位時間給予A的總沖量：--分子在容器中x方向來回做速度為的勻速運動，假設在這期間沒有與其它分子碰撞，與A發(fā)生的兩次相鄰碰撞的時間間隔（周期）--單位時間內給予A的沖量即平均沖力：--壓強：此即是理想氣體的壓強公式l1l2l3mviA由理想氣體的壓強公式，可以看出壓強取決于分子的數(shù)密度和分子平均平動動能。理想氣體的壓強公式適用于由大量分子構成的系統(tǒng)。且與容器的形狀無關。理想氣體的壓強公式四、溫度公式：溫度公式上式表明

6、：溫度是分子無規(guī)則熱運動劇烈程度的反映，并且只具有統(tǒng)計意義，即只有當組成系統(tǒng)的分子數(shù)目很大時，溫度才具有意義。幾個分子構成的系統(tǒng)，溫度是沒有意義的。由理想氣體的物態(tài)方程及理想氣體的壓強公式第三節(jié)能量均分定理和理想氣體的內能一、自由度1、自由度的定義：確定一個物體的位置所需要的獨立坐標數(shù)，叫該物體的自由度。飛機（看成質點）在天空飛行，自由度為3；輪船（看成質點）在大海中航行，自由度為2；火車（看成質點）在鐵道上運行，自由度為1；結論：物體受到的約束越多,自由度就越小。2、單原子氣體分子的自由度：i=33、剛性雙原子氣體分子的自由度：xyz3個平動自由度（t）和2

7、個轉動自由度（r）。4、剛性多原子氣體分子的自由度：3個平動自由度和3個轉動自由度。xyz二、能量按自由度均分定理1、分子的平均平動動能根據(jù)平均平動動能的定義可知：由于得表明：當理想氣體處于平衡態(tài)時，分子的每個平動自由度平均分得的能量。由理想氣體的溫度公式：與比較得：2、平動自由度均分的能量3、能量按自由度均分定理當理想氣體處于平衡態(tài)時，分子的每個平動自由度和每個轉動自由度平均分得的能量為。分子的平均動能：三、理想氣體平衡態(tài)的內能：1、內能的定義：系統(tǒng)中熱運動能量的總和，叫系統(tǒng)的內能。用E表示。由于熱運動在微觀上看是分子的機械運動。所以系統(tǒng)的內能就是系統(tǒng)內分子

8、的動能和勢能之和。即：由于任何物體的熱