热学气体动理论1课件.ppt

1、 研究对象：研究对象：大量大量 气体分子气体分子 组成一个组成一个 系统系统微观量微观量宏观量宏观量关系关系 研究方法：研究方法：(1)无序性无序性 -就单个分子的运动而言就单个分子的运动而言(2)统计性统计性 -就大量分子的集体表现而言就大量分子的集体表现而言宏观量宏观量作为微观量的统计平均作为微观量的统计平均学习要求：把握宏观与微观，个体与整学习要求：把握宏观与微观，个体与整体，运动与平衡等理解；建立体，运动与平衡等理解；建立“统计统计”概念。研究方法与力学有显著不同。概念。研究方法与力学有显著不同。一、状态参量一、状态参量-表示系统表示系统宏观状态宏观状态特征的物理量特征的物理量 体积：

2、体积：气体分子所能达到的空间气体分子所能达到的空间 (m3)压强：压强：气体分子碰撞器壁的宏观表现气体分子碰撞器壁的宏观表现 (N/m2)温度：温度：气体分子运动的剧烈程度气体分子运动的剧烈程度 (K)二、二、平衡态平衡态和准静态过程（平衡过程）和准静态过程（平衡过程）热力学平衡态的特征：热力学平衡态的特征：宏观量（宏观量（状态参量状态参量）不变）不变 微观运动永不停息微观运动永不停息 动态平衡动态平衡 平衡态：平衡态：处于不变外界条件下的热学系统处于不变外界条件下的热学系统（系统与外界无质量和能量交换）经过很长（系统与外界无质量和能量交换）经过很长时间后达到一个确定的状态，在此状态下系时间后

3、达到一个确定的状态，在此状态下系统的统的宏观状态不随时间改变宏观状态不随时间改变，称此状态为，称此状态为平平衡态衡态。平衡态在。平衡态在PV图上用一点图上用一点来表示。来表示。平衡态平衡态1平衡态平衡态2过过 程程 准静态过程准静态过程（理想模型）（理想模型）如果过程进展得十分缓慢，如果过程进展得十分缓慢，使所经历的一系列中间状使所经历的一系列中间状态，都无限接近平衡状态，态，都无限接近平衡状态，这个过程称作这个过程称作准静态过程准静态过程（平衡过程）（平衡过程）。0PV等等温温线线等容线等容线等 压 线等 压 线例：等容升温准静态过程的实现：例：等容升温准静态过程的实现：.热源热源三、理想气

4、体的状态方程三、理想气体的状态方程 气体的状态方程：气体的状态方程：-气体的气体的 p、V、T 之间的关系之间的关系 理想气体模型：理想气体模型：物理条件：低密、低压、高温物理条件：低密、低压、高温遵守三个实验定律的气体遵守三个实验定律的气体质量一定时：质量一定时：Cons.pVT 标准状态下：标准状态下：(p0=1atm,T0=273.5K,1mol体积体积 22.4升升)000p VpVTT.30022 4 10molpMT M-23.N m.m/mol.K531 013 1022 4 10273 5molMM -1-1.Jmol K8 31R 理想气体的状态方程理想气体的状态方程mpVR

5、TM pVRT 即：即：mol11MpVmRT mol22Mp VmRT mol333Mp VmRT 123mmNm 1233()pp Vp V 7625(1.3 1010)3.2 101.013 100.2 19天天mol11MpVmRT mol22Mp VmRT mol333Mp VmRT molmol2121mmRTRTpMVMV21pppmmV 12mmV 12molmol21212112mmRTRTpmm Mmm Mmolmol2123.6%76.4%RTRTMMmolmol2121mmRTRTpMVMVmolmol2123.6%76.4%pRTRTMM 533108.31 2908

6、.31 29023.6%76.4%32 1028 10 31.20kg m molmol2123.6%76.4%RTRTpMM 910 mr 斥力斥力引力引力合力合力二、气体分子热运动的物理图像二、气体分子热运动的物理图像小钉小钉 limiiiiNNNPPNN或或：简简写写为为iiNPNiNN 1 01iPnnn112212f Nf Nf NfNNN iif NN iif P 平均速率：平均速率：12NN 方均速率：方均速率：222212NN 条件：有条件：有 N 个分子，速率分别为个分子，速率分别为12,N ，则：，则：质点模型质点模型碰撞是唯一的相互作用碰撞是唯一的相互作用牛顿定律牛顿定律

7、完全弹性碰撞完全弹性碰撞运动性运动性统计性统计性 位置均分位置均分 速度均分速度均分222xyz 特例：特例：设一长方形容器，设一长方形容器，V=l1l2l3装有处于装有处于平衡态的理想气体平衡态的理想气体,其其 每个分子的质每个分子的质量为量为m0，总分子数为，总分子数为N。设其中任意第设其中任意第 i 个分子以速度个分子以速度 i 碰撞器壁碰撞器壁1l2l3l1A2A02iixIm 2001122ixixixmmll yxzi ix iy iz A112ixl 冲力冲力 20112011NixiNiximFlml 连续均匀连续均匀的压力的压力1l2l3l1A2Ayxzi ix iy iz

8、A1Fpl l 2 3222012xxNxmNVN20 xnm 201 2 3iximl l l 201xiimFl n:单位体积内单位体积内的分子数的分子数1l2l3l1A2Ayxzi ix iy iz A12012km 202132pnm 23kn 222xyz213 2013pnm 20 xpnm 2222xyz 对理想气体模型对理想气体模型pn kp 201233kpnmn 0mNm00MN m m RTpM V 000NmRTVN mRkN 0玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数.238 316 022 10.J/K 231 38 10 pVmRTM NRTVN0 pnkT NnV-单位体积内的

9、分子数单位体积内的分子数 温度的物理意义温度的物理意义:23kpn pnkT 201322kmkT (2)温度温度 201322kmkT理想气体的状态方程：理想气体的状态方程：pVRTpnkT 压强公式：压强公式：201233kpnmn201322kmkT温度公式：温度公式：气体分子的方均根速率：气体分子的方均根速率：2033kTRTmM 平动动能平动动能=转动动能转动动能+振动动能振动动能+xyzC x y zA),(zyx,303325336已知理想气体分子平均平动动能：已知理想气体分子平均平动动能：平动自由度为：平动自由度为：3问题：问题：平动动能在平动动能在三个三个自由度自由度上如何分

10、配？上如何分配？201322kmkT2012km 2032xm kT 32 222000111222xyzmmmkT 12 ;2222xyz 已知：已知：222xyz kT12ikT2 单原子分子单原子分子(He)：kT32 双原子分子双原子分子(O2)：kT52 多原子分子多原子分子(H2O)：kT62 co2 分子分子：kT520AiENkT2iRT 22miERTM 判断：判断：在同一温度下，不同气体分子的平均平动动能相等。在同一温度下，不同气体分子的平均平动动能相等。因为氧分子质量比氢分子的大，则因为氧分子质量比氢分子的大，则氢分子的速率一氢分子的速率一定大于氧分子。定大于氧分子。应改为：平均速率应改为：平均速率在标准状态下，若氧气（视为刚性双原子分子的理在标准状态下，若氧气（视为刚性双原子分子的理想气体）和氦气的体积比想气体）和氦气的体积比V1/V2=1/2，则其内能之，则其内能之比比E1/E2为为:5 6 2iERTpVRT 112221EViiEV 谢谢观看！2020