第17章 溫度和氣體動(dòng)理論.ppt

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1、第17章溫度和氣體動(dòng)理論Temperature本章主要內(nèi)容§17-1平衡態(tài)§17-2溫度的概念§17-3理想氣體溫標(biāo)§17-4理想氣體狀態(tài)方程§17-5氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)§17-6理想氣體的壓強(qiáng)§17-7溫度的微觀意義§17-8能均分定理§17-9Maxwell速率分布律§17-10Boltzmann分布律§17-11實(shí)際氣體等溫線§17-12VanderWaals方程§17-13平均碰撞頻率和平均自由程§17-14輸運(yùn)過(guò)程第17章溫度和氣體動(dòng)理論?熱力學(xué)系統(tǒng)在熱學(xué)中，通常把與熱現(xiàn)象相關(guān)的宏觀物體稱為

2、熱力學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)以外的物體稱為外界。從統(tǒng)計(jì)物理的角度說(shuō)，熱力學(xué)系統(tǒng)必須由大量分子原子組成，它們服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。第一章溫度§17-1平衡態(tài)EquilibriumState描述宏觀系統(tǒng)狀態(tài)的物理量稱為宏觀量，也稱為狀態(tài)參量。如：氣體的狀態(tài)參量有壓強(qiáng)、體積和溫度。?宏觀量與微觀量Avogadro常數(shù)：NA=6.022?1023/mol（1mol任何物質(zhì)的分子數(shù)）。一般分子的限度在10-9m以下。因此，一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)包含大量的微觀粒子。描述分子原子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量稱為微觀量。如：分子的運(yùn)動(dòng)速率、動(dòng)量、動(dòng)能等?！?/p>

3、宏觀小微觀大”是指當(dāng)宏觀量（如體積）取很小值時(shí)，仍包含大量的微觀粒子，大到仍可以用統(tǒng)計(jì)方法處理。宏觀量往往相對(duì)穩(wěn)定，而微觀量相對(duì)隨機(jī)；宏觀量可以用微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)表示?！?-1平衡態(tài)氣體的狀態(tài)參量有壓強(qiáng)、體積和溫度。定義：?平衡態(tài)壓強(qiáng)——?dú)怏w對(duì)單位面積容器壁的作用力。單位：Pa體積——?dú)怏w占據(jù)空間（容器）的體積。單位：m3溫度的概念下節(jié)討論平衡態(tài)——在不受外界影響的條件下，一個(gè)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變的狀態(tài)。(如氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度不隨時(shí)間變)宏觀穩(wěn)定但微觀運(yùn)動(dòng)不停息，且紛亂無(wú)規(guī)——?jiǎng)討B(tài)平衡平衡態(tài)

4、時(shí)熱學(xué)中一個(gè)十分重要的概念。《大學(xué)物理》課程中涉及的熱學(xué)，主要是討論氣體在平衡態(tài)下的性質(zhì)及其變化規(guī)律?！?-1平衡態(tài)?氣體的狀態(tài)方程實(shí)驗(yàn)表明，氣體處于平衡態(tài)時(shí)，三個(gè)狀態(tài)參量p、V、T中，只有兩個(gè)是獨(dú)立的，狀態(tài)參量之間必定滿足一個(gè)函數(shù)——?dú)怏w的狀態(tài)方程。理論上常用（p,V）來(lái)表示某平衡態(tài)的狀態(tài)，因此可以用圖上的實(shí)點(diǎn)來(lái)代表確定的平衡態(tài)。從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)的變化過(guò)程，稱為熱力學(xué)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程.(p,V)§1-1平衡態(tài)§17-2溫度的概念ConceptofTemperature壓強(qiáng)和體積不是

5、熱學(xué)特有的物理量（力學(xué)量和幾何量），而溫度是。（當(dāng)兩個(gè)具有相同壓強(qiáng)和體積的氣體，但它們的熱力學(xué)性質(zhì)并不完全相同。）因此,必須引入一個(gè)新的描述氣體熱力學(xué)性質(zhì)的物理量，即溫度。溫度是平衡態(tài)的參量，也是區(qū)別不同平衡態(tài)的重要標(biāo)志。因此先引入熱平衡概念：?熱平衡的概念兩個(gè)原為孤立系統(tǒng)分別達(dá)到了平衡態(tài)，相互接觸（容器的導(dǎo)熱面接觸，可相互交換能量）后，各自的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，經(jīng)足夠長(zhǎng)時(shí)間又達(dá)到新的平衡態(tài)，稱這兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡。抽去絕熱隔板絕熱板導(dǎo)熱板導(dǎo)熱板§1-2溫度的概念?熱力學(xué)第零定律與溫度定律：如果系統(tǒng)A與系統(tǒng)C

6、處于熱平衡，同時(shí)B系統(tǒng)也與系統(tǒng)C處于熱平衡，則系統(tǒng)A與系統(tǒng)B也處于熱平衡。定律表明，任意兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡，意味著它們具有某種共同熱力學(xué)性質(zhì)，可以引入一個(gè)物理量來(lái)描述這種物理性質(zhì)，即：溫度——決定一個(gè)系統(tǒng)是否與其他系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì)。說(shuō)明：?借助熱力學(xué)第零定律引入溫度概念，這是宏觀上對(duì)溫度的定性定義。?處于熱平衡的諸個(gè)系統(tǒng)具有相同的溫度。?溫度的測(cè)量也是基于熱力學(xué)第零定律實(shí)現(xiàn)的?！?-2溫度的概念§17-3理想氣體溫標(biāo)TemperatureScaleofanIdealGas為對(duì)溫度定量測(cè)量，就必須用

7、數(shù)值來(lái)表示溫度。標(biāo)定溫度數(shù)值的方法稱為溫標(biāo)。理想氣體溫標(biāo)是其中的一種。Boyle定律：當(dāng)壓強(qiáng)很小時(shí)，對(duì)于一定量氣體，在溫度不變的條件下，它的壓強(qiáng)與體積成反比，即pV=常量(一定量，T不變)?Boyle定律和理想氣體理想氣體——嚴(yán)格遵從Boyle定律的氣體，是一種理想模型。（p?0時(shí)實(shí)際氣體的近似）。?理想氣體溫標(biāo)對(duì)于理想氣體，可以規(guī)定：pV?T(一定量），于是有常量(一定量)§1-3理想氣體溫標(biāo)規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溫度定點(diǎn)——純水的三相點(diǎn)，即：冰、水、汽共存的系統(tǒng)所達(dá)到的平衡態(tài)。統(tǒng)一規(guī)定三相點(diǎn)的溫度為:Ttr?2

8、73.16K設(shè)有一定量理想氣體，它在水的三相點(diǎn)溫度下的壓強(qiáng)和體積分別為ptr和Vtr，則有(一定量)定體溫度計(jì)V=Vtr定壓溫度計(jì)p=ptr理想氣體溫標(biāo)存在一個(gè)最低溫度的極限。如選擇氦氣He最低極限為1K?！?-3理想氣體溫標(biāo)?熱力學(xué)溫標(biāo)攝氏和華氏溫標(biāo)氣體溫標(biāo)雖不依賴于氣體的個(gè)性，但畢竟依賴于某種測(cè)溫物質(zhì)，而溫度本身并不要求如此。在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，可以引入一種不依賴于任何測(cè)溫物質(zhì)特性的溫標(biāo)，即熱力學(xué)溫標(biāo)（也稱Kelvi