4.1理想气体的压强温度热力学能.ppt

第四章 气体动理论 4 1气体分子热运动及其统计规律 4 2理想气体的压强 4 3温度的微观本质 4 4能量均分定理理想气体的内能 4 5麦克斯韦速率分布 主要内容 一 分子热运动与统计规律 气体分子动理论是从物质的微观分子热运动出发 去研究气体热现象的理论 微观量 分子的质量 速度 动量 能量等 宏观量 温度 压强 体积等 在宏观上不能直接进行测量和观察 在宏观上能够直接进行测量和观察 二 气体分子热运动的微观模型 宏观物质由大量的分子组成 每个分子都在作不停的运动 热运动 由于分子之间频繁的碰撞 分子的运动是杂乱无章的 气体分子之间有相互作用力 但一般较小 个别分子运动 杂乱无章的 大量分子运动 一定的统计规律 三 分子热运动的统计规律 例 2 掷骰子 4 1理想气体的压强 理想气体的微观模型及混沌性假设 分子本身的线度比起分子间的间距小得多而可忽略不计 而将其视为质点 除了碰撞的瞬间外 分子之间以及分子与容器壁之间均无相互作用力 分子之间以及分子与容器壁之间的碰撞都是弹性碰撞 1 理想气体的微观模型 2 理想气体的混沌性假设 1 没有一个分子比其他分子占有优势 2 任一位置单位体积内的分子数不比其它位置占优势 分子均匀分布 3 分子沿任一方向的运动不比沿其它方向的运动占优势 分子速度在各个方向上的分量的各种平均值都相等 特别地 二 理想气体的压强 1 气体压强的微观机制 压强是大量分子对容器壁发生碰撞 从而对容器壁产生冲力的宏观效果 2 理想气体压强公式的推导 平衡态忽略重力分子看成质点 分子数密度 速度为分子数密度 理想气体的压强公式 结论 压强 宏观量 与分子平动动能 微观量 的统计平均值成正比 1 压强是由于大量气体分子碰撞器壁产生的 它是对大量分子统计平均的结果 对单个分子无压强的概念 2 压强公式体现了宏观量压强P与微观气体分子运动之间的关系 3 P n分子数密度越大 压强越大 P 分子运动得越激烈 压强越大 4 2温度的微观本质 理想气体物态方程 温度的微观意义 热力学温度 宏观量 是分子平均平动动能 微观量 的量度 温度反映了物体内部分子无规则运动的激烈程度 理想气体分子的平均平动动能 理想气体的温度 4 由温度公式可计算某一温度下气体的方均根速率 3 不同气体温度相同 分子平均平动动能相同 2 分子运动得越激烈 温度越高 温度是分子平均平动动能的标志 1 温度是对大量分子热运动的统计平均结果 对个别分子温度无意义 4 3能量均分定理理想气体的内能 一 能量按自由度均分原理 做直线运动的质点 一个自由度 做平面运动的质点 二个自由度 做空间运动的质点 三个自由度 自由度 确定一个物体在空间的位置所必需的独立坐标数目 1 运动刚体的自由度 结论 自由刚体有六个自由度 三个平动自由度 三个转动自由度 单原子分子 一个原子构成一个分子 多原子分子 三个以上原子构成一个分子 双原子分子 两个原子构成一个分子 三个自由度 五个自由度 六个自由度 2 刚性分子的自由度数 t 3 r 0 i 3 t 3 r 2 i 5 t 3 r 3 i 6 二 能量均分定理 例 能量均分定理来自气体分子热运动的混沌性 处于温度为T的平衡态的气体中 分子热运动的动能平均地分配在每一自由度上 分子沿每一自由度运动的平均动能均等于kT 2 推论 刚性分子的平均动能 三 理想气体内能 热力学能 系统内所有分子热运动能量的和 例3容器内有某种理想气体 气体温度为273K 压强为0 01atm 1atm 1 013 105Pa 密度为1 24 10 2kg m 3 试求 1 气体分子的方均根速率 2 气体的摩尔质量 并确定它是什么气体 3 气体分子的平均平动动能和平均转动动能各是多少 4 单位体积内分子的平动动能是多少 5 若气体的物质的量为0 3mol 其内能是多少 1 气体分子的方均