大學(xué)物理熱學(xué)氣體動(dòng)理論ppt課件.ppt

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1、2014-1-25氣體動(dòng)理論2014-01-25氣體動(dòng)理論一.物體由大數(shù)粒子組成§1MicroscopicModelofMatter二.分子作無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)1.擴(kuò)散現(xiàn)象2.布朗(1827)運(yùn)動(dòng)和漲落水中含有個(gè)分子布朗運(yùn)動(dòng)是分子運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則性的間接反映一般認(rèn)為10-6m～10-8m的線度粒子為布朗粒子小于10-8m為微觀粒子，大于10-6m為宏觀粒子氣體分子的直徑小于10-10m屬于微觀粒子。三.分子間存在著相互作用力短程力1.吸引力和排斥力吸引力存在的現(xiàn)象：汽化熱，溶解熱吸引力的作用半徑為分子直徑的兩倍左右斥力存在現(xiàn)象如固體、液體很難壓縮斥力的作用半徑為接觸時(shí)的兩質(zhì)心距離3.

2、分子力和分子熱運(yùn)動(dòng)2.分子之間相互作用力是電磁保守力分子力使分子聚在一起并在空間形成某種有序排列的趨向分子熱運(yùn)動(dòng)力圖破壞這種趨向具有分子勢(shì)能?？捎梅肿觿?shì)能來描述分子間相互作用§2統(tǒng)計(jì)規(guī)律的特征一.伽耳頓板實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一個(gè)小球落在哪里有偶然性大量小球的分布近似相同具有確定性——服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律實(shí)驗(yàn)規(guī)律L(cm)x表1槽內(nèi)小球平均堆積長(zhǎng)度（cm）l0l1l2l3l4l5l614.310.07.85.84.02.41.0表2槽內(nèi)小球幾率分布槽號(hào)0123456x(cm)0.001.573.144.716.287.859.42P(x)0.190.130.100.0750.0520.03

3、10.013不同編號(hào)槽中小球的堆積高度分布象高斯分布，設(shè)其表示為：相關(guān)系數(shù)為0.992與成線性關(guān)系表明小球按位置的分布為高斯分布二.統(tǒng)計(jì)平均值與概率物理量M的統(tǒng)計(jì)平均值狀態(tài)A出現(xiàn)的概率歸一化條件·Ni是M的測(cè)量值為Mi的次數(shù)，實(shí)驗(yàn)總次數(shù)為N概率·統(tǒng)計(jì)變量值（年齡）統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)（人數(shù)）例如§3理想氣體的壓強(qiáng)公式一.理想氣體微觀（單分子）模型(1)不考慮分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并忽略其大小(2)分子力的作用距離很短，可以認(rèn)為氣體分子之間除了碰撞的一瞬間外，其相互作用力可忽略不計(jì)。(3)碰撞為完全彈性理想氣體分子好像是一個(gè)個(gè)沒有大小并且除碰撞瞬間外沒有相互作用的彈性球。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下理想氣體分子

4、間平均距離分子半徑(4)分子運(yùn)動(dòng)遵循牛頓力學(xué)規(guī)律1.分子按位置的均勻分布（重力不計(jì)）在忽略重力情況下，分子在各處出現(xiàn)的概率相同,容器內(nèi)各處的分子數(shù)密度相同3.分子速度按方向的分布均勻由于碰撞,分子向各方向運(yùn)動(dòng)的概率相同，所以三.理想氣體的壓強(qiáng)公式氣體的壓強(qiáng)是由大量分子在和器壁碰撞中不斷給器壁以力的作用所引起的。例:雨點(diǎn)對(duì)傘的持續(xù)作用1.從氣體分子運(yùn)動(dòng)看氣體壓強(qiáng)的形成二.平衡態(tài)氣體分子（集體）的統(tǒng)計(jì)性假設(shè)2.每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)速度各不相同，且通過碰撞不斷發(fā)生變化設(shè)容器體積為V,分子總數(shù)為N，分子質(zhì)量為μ，分子數(shù)密度n的平衡態(tài)理想氣體速度為的分子數(shù)為,分子數(shù)密度為在dt時(shí)間內(nèi)，速

5、度為的分子與面元dA碰撞的分子數(shù)為zy··yzxO在dt時(shí)間內(nèi)，與面元dA碰撞的所有分子所受的沖量dI為壓強(qiáng)··2.理想氣體的壓強(qiáng)公式(1)壓強(qiáng)p是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均量。它反映的是宏觀量p和微觀量的關(guān)系。對(duì)大量分子，壓強(qiáng)才有意義。說明(2)壓強(qiáng)公式無(wú)法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證討論（1）容器的形狀對(duì)的結(jié)果是否有影響？（2）在推導(dǎo)壓強(qiáng)公式時(shí)，沒有考慮分子與分子之間的碰撞。是否會(huì)影響得到的結(jié)果？§4麥克斯韋速率分布定律一.分布的概念·分布的概念例如學(xué)生人數(shù)按年齡的分布年齡15~1617~1819~2021~22人數(shù)比率按年齡的分布20%30%40%10%人數(shù)按年齡的分布200030004000

6、1000氣體系統(tǒng)是由大量分子組成，而各分子的速率通過碰撞不斷地改變，不可能逐個(gè)加以描述,只能給出分子數(shù)按速率的分布。速率分布速率v1～v2v2～v3…vi～vi+Δv…分子數(shù)ΔN1ΔN2…ΔNi…分子數(shù)比率ΔN1/NΔN2/N…ΔNi/N…·二.速率分布函數(shù)f(v)設(shè)某系統(tǒng)處于平衡態(tài)下，總分子數(shù)為N，則在v～v+dv區(qū)間內(nèi)分子數(shù)dN占總分子數(shù)的比率為f(v)稱為速率分布函數(shù)意義：分布在速率v附近單位速率間隔內(nèi)的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率。三.麥克斯韋速率分布1859年，J.C.Maxwell推出氣體分子在平衡態(tài)下速率分布函數(shù)k：玻耳茲曼常量k=1.38×10-23J/Kv～v

7、+dv區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率為1.麥克斯韋速率分布律2.麥克斯韋速率分布曲線f(v)vOv(速率分布曲線)·由圖可見，氣體中速率很小、速率很大的分子數(shù)都很少。·在dv間隔內(nèi),曲線下的面積表示速率分布在v～v+dv中的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率v＋dv···在v1~v2區(qū)間內(nèi),曲線下的面積表示速率分布在v1~v2之間的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率v1v2T·曲線下面的總面積，等于分布在整個(gè)速率范圍內(nèi)所有各個(gè)速率間隔中的分子數(shù)與總分子數(shù)的比率的總和(歸一化條件)最概然速率vp四.分子速率的三種典型統(tǒng)計(jì)平均值1.平均值的定義與分子速度