氣體動(dòng)理論ppt課件.ppt

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1、氣體動(dòng)理論大學(xué)物理電子教案熱學(xué)研究物質(zhì)各種熱現(xiàn)象的性質(zhì)和變化規(guī)律的科學(xué)熱力學(xué)系統(tǒng)：大量的微觀粒子組成的宏觀物體。主要由固體、液體和氣體組成。系統(tǒng)之外的物體稱為外界。孤立系統(tǒng)：與外界完全隔絕，無(wú)質(zhì)量和能量的交換封閉系統(tǒng)：與外界有能量交換，但無(wú)質(zhì)量交換開(kāi)放系統(tǒng)：與外界既有質(zhì)量交換，也有能量交換平衡狀態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，且系統(tǒng)內(nèi)部也不存在質(zhì)量和能量的任何宏觀流動(dòng)，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到同一溫度。達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，雖然系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，但是，在微觀上。組成系統(tǒng)的大量分子仍然在作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，只不過(guò)是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體效果沒(méi)有變化。在宏觀上就表現(xiàn)為系統(tǒng)達(dá)到了平衡，因此

2、，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。對(duì)于孤立系統(tǒng)而言，無(wú)論初始狀態(tài)如何，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，最后總能達(dá)到溫度、壓強(qiáng)和密度等物理量不隨時(shí)間變化且處處相同的平衡態(tài)。實(shí)際上，不存在絕對(duì)的孤立系統(tǒng)，也沒(méi)有宏觀性質(zhì)完全不變的系統(tǒng)，因此，平衡態(tài)是一個(gè)理想狀態(tài)。系統(tǒng)受到外界影響時(shí)，狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從某一狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程，稱為熱力學(xué)過(guò)程。狀態(tài)參量宏觀量：描述系統(tǒng)宏觀屬性的物理量。溫度、壓強(qiáng)、體積、熱容等。一組確定的宏觀量對(duì)應(yīng)著一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)。微觀量：描述單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。如粒子的質(zhì)量、位移、速度、加速度、動(dòng)量和能量等。微觀量往往不可直接測(cè)量。熱力學(xué)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定熱力學(xué)系統(tǒng)的

3、宏觀物理量之間的關(guān)系。統(tǒng)計(jì)物理：通過(guò)對(duì)微觀物理量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立起微觀量與宏觀量之間等關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)微觀物理量變化來(lái)分析宏觀物理量的變化。熱力學(xué)——宏觀描述(1)具有可靠性；(2)知其然而不知其所以然；(3)應(yīng)用宏觀參量.特點(diǎn)統(tǒng)計(jì)物理——微觀描述(1)揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)；(2)有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣.特點(diǎn)理想氣體理想氣體狀態(tài)方程:理想氣體平衡態(tài)宏觀參量間的函數(shù)關(guān)系.理想氣體宏觀定義:遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體.摩爾氣體常量1）分子可視為質(zhì)點(diǎn)；線度間距;2）除碰撞瞬間,分子間無(wú)相互作用力；理想氣體分子的微觀模型4）分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律.3）彈性質(zhì)點(diǎn)（碰

4、撞均為完全彈性碰撞）；理想氣體分子好像是一個(gè)個(gè)沒(méi)有大小并且除碰撞瞬間外沒(méi)有相互作用的彈性球。在大量分子組成的系統(tǒng)中，雖然每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都遵從力學(xué)規(guī)律，但是，由于分子之間的頻繁碰撞，使得單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)變得復(fù)雜和難以預(yù)料，即個(gè)別分子所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)都帶有偶然性。而大量分子的集體則往往呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這種規(guī)律是統(tǒng)計(jì)規(guī)律，具有統(tǒng)計(jì)平均的意義。設(shè)邊長(zhǎng)分別為x、y及z的長(zhǎng)方體中有N個(gè)全同的質(zhì)量為m的氣體分子，計(jì)算壁面所受壓強(qiáng).二理想氣體的壓強(qiáng)公式大量分子對(duì)器壁碰撞的總效果：恒定的、持續(xù)的力的作用.單個(gè)分子對(duì)器壁碰撞特性:偶然性、不連續(xù)性.分子施于器壁的沖量單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的

5、沖量x方向動(dòng)量變化兩次碰撞間隔時(shí)間單位時(shí)間碰撞次數(shù)單個(gè)分子遵循力學(xué)規(guī)律單位時(shí)間N個(gè)粒子對(duì)器壁總沖量大量分子總效應(yīng)單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的沖量器壁所受平均沖力氣體壓強(qiáng)器壁所受平均沖力統(tǒng)計(jì)規(guī)律分子平均平動(dòng)動(dòng)能統(tǒng)計(jì)關(guān)系式壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值壓強(qiáng)是大量分子對(duì)時(shí)間、對(duì)面積的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果.問(wèn)為何在推導(dǎo)氣體壓強(qiáng)公式時(shí)不考慮分子間的碰撞？分子平均平動(dòng)動(dòng)能玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測(cè)量量理想氣體壓強(qiáng)公式理想氣體狀態(tài)方程微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能溫度T的物理意義3）在同一溫度下，各種氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能均相等。熱運(yùn)動(dòng)與宏觀運(yùn)動(dòng)的區(qū)別：溫度所反映的是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)

6、，它和物體的整體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，物體的整體運(yùn)動(dòng)是其中所有分子的一種有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn).1）溫度是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度（反映熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度）.注意2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn)，個(gè)別分子無(wú)意義.方均根速率（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。（B）溫度、壓強(qiáng)都不同。（C）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)大于氮?dú)獾膲簭?qiáng).（D）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)小于氮?dú)獾膲簭?qiáng).解一瓶氦氣和一瓶氮?dú)饷芏认嗤肿悠骄絼?dòng)動(dòng)能相同，而且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們討論例理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén),一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解例、在一密

7、閉容器中儲(chǔ)存有A、B、C三種理想氣體，處于平衡狀態(tài)，A種氣體的分子數(shù)密度為n1，它產(chǎn)生的壓強(qiáng)為P1，B種氣體的分子數(shù)密度為2n1，C種氣體的分子數(shù)密度為3n1，則混合氣體的壓強(qiáng)P為：【】（A）3P1；（B）4P1；（C）5P1；（D）6P1.例、容積為1m3的容器內(nèi)裝有N1=1.0?1025個(gè)氫氣分子和N2=4.0?1025個(gè)氧氣分子組成的混合理想氣體，其溫度為400K，求：（1）氣體分子的平動(dòng)動(dòng)能的總和；（2）混合氣體的壓強(qiáng)。一、自由度（討論剛性分子）確定一個(gè)分子的空間位置所需要的最少獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。能量按自由度均分定理理想氣體的內(nèi)能HHO