第21章 氣體分子動理論.ppt

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1、宏觀法與微觀法相輔相成。第四篇熱學熱學是研究與熱現象有關的規(guī)律的科學。熱現象是物質中大量分子無規(guī)則運動的集體表現。大量分子的無規(guī)則運動稱為熱運動。熱學的研究方法：1.宏觀法.最基本的實驗規(guī)律?邏輯推理(運用數學)------稱為熱力學。優(yōu)點：可靠、普遍。缺點：未揭示微觀本質。2.微觀法.物質的微觀結構+統計方法------稱為統計力學其初級理論稱為氣體分子運動論(氣體動理論)優(yōu)點：揭示了熱現象的微觀本質。缺點：可靠性、普遍性差。第21章氣體分子動理論§21.1平衡態(tài)狀態(tài)參量§21.2熱力學第零定律溫度§

2、21.3理想氣體的宏觀描述§21.4分子動理論的壓強公式§21.5溫度的微觀解釋§21.6能量均分原理§21.7麥克斯韋分子速率分布律§21.9分子平均自由程§21.10范德瓦爾斯方程熱力學系統與外界熱力學研究的對象----熱力學系統.它包含極大量的分子、原子。以阿佛加德羅常數熱力學系統以外的物體稱為外界。一宏觀和微觀例：若汽缸內氣體為系統，其它為外界宏觀量與微觀量對熱力學系統的兩種描述方法：1.宏觀量1.從整體上描述系統的狀態(tài)量，一般可以直接測量。如M、V、U等----可以累加，稱為廣延量。P、T等-

3、---不可累加，稱為強度量。2.微觀量描述系統內微觀粒子的物理量。如分子的質量m、直徑d、速度v、動量p、能量?等。微觀量與宏觀量有一定的內在聯系。例如，氣體的壓強是大量分子撞擊器壁的平均效果，它與大量分子對器壁的沖力的平均值有關?！?1.1平衡態(tài)狀態(tài)參量一平衡態(tài)在不受外界影響的條件下，系統的宏觀性質不隨時間改變的狀態(tài)，稱為平衡態(tài)。平衡態(tài)是一個理想化模型，我們主要研究平衡態(tài)的熱學規(guī)律。動態(tài)平衡處在平衡態(tài)的大量分子仍在作熱運動，而且因為碰撞，每個分子的速度經常在變，但是系統的宏觀量不隨時間改變。這稱為動態(tài)

4、平衡。箱子假想分成兩相同體積的部分，達到平衡時，兩側粒子有的穿越界線，但兩側粒子數相同。粒子數是宏觀量當一定量的氣體處于平衡態(tài)時，P，V，T保持不變。當熱力學系統的狀態(tài)隨時間變化時，如果過程所經歷的所有中間狀態(tài)，都無限接近平衡態(tài)時，該過程就稱為準靜態(tài)過程。這是一種理想過程。二狀態(tài)參量（P，V，T）§21.2熱力學第零定律溫度熱平衡：熱接觸的兩個物體之間停止了凈能量的交換。熱接觸：兩個物體之間沒有宏觀作功，僅有能量的交換。熱力學第零定律：如果兩個熱力學系統中的每一個都與第三個熱力學系統處于熱平衡，則它們彼

5、此處于熱平衡。處于同一平衡態(tài)的所有熱力學系統都具有一個共同的宏觀性質——溫度一熱力學第零定律ABAB絕熱板導熱板A、B兩體系互不影響各自達到平衡態(tài)A、B兩體系的平衡態(tài)有聯系達到共同的熱平衡狀態(tài)（熱平衡），A、B兩體系有共同的宏觀性質，稱為系統的溫度。處于熱平衡的多個系統具有相同的溫度溫度測量ABC設A和B、B和C分別熱平衡，則A和C一定熱平衡。（熱力學第零定律）ABA和B熱平衡，TA=TB；B<

6、，之間百等份，就是攝氏溫標（Co）。酒精或水銀用水銀或酒精的熱脹冷縮特性，溫標不準確用理想氣體的波意耳定律，可以給出理想氣體溫標PV=const.（溫度不變）理想氣體嚴格遵守波意耳定律定義理想氣體溫標T，使PV?TTP273.16K氣相液相固相臨界點609Pa水的相圖，三相點只有一個（水的三相點演示）二溫標溫度反映了組成系統的大量微觀粒子的無規(guī)則運動的劇烈程度從統計物理角度看，熱力學系統的溫度是分子平均平動動能的量度?！?1.3理想氣體的宏觀描述理想氣體的狀態(tài)方程（自學），P111§21.4氣體分子動理

7、論的壓強公式一.微觀模型二．理想氣體壓強公式的推導三．理想氣體的溫度和分子平均平動動能一.微觀模型1.對單個分子的力學性質的假設分子當作質點，不占體積；（因為分子的線度<<分子間的平均距離）分子之間除碰撞的瞬間外，無相互作用力。（忽略重力）彈性碰撞（動能不變）服從牛頓力學分子數目太多，無法解這么多的聯立方程。即使能解也無用，因為碰撞太頻繁，運動情況瞬息萬變，必須用統計的方法來研究。(理想氣體的微觀假設)對大量分子組成的氣體系統的統計假設：VNdVdNn==dV----體積元（宏觀小，微觀大）（3）平衡態(tài)

8、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，即分子數密度到處一樣，不受重力影響；二．理想氣體壓強公式的推導單分子碰撞同一器壁面時間間隔對立方體器壁面而言動量變化一次碰撞單分子動量變化簡單模型壓強只是統計概念§21.5溫度的微觀解釋平均平動動能只與溫度有