次课 -- 压强公式 平均动能与温度的关系.ppt

1 12 3理想气体的压强公式 13 理想气体的微观模型 满足下列条件的气体被称为理想气体 i 分子可视为质点 分子大小为d 10 10m 而分子间的距离为d 10 9m ii 除碰撞瞬间外 分子间无相互作用力 iv 单个分子的运动遵从经典力学的规律 iii 分子间的碰撞可视为完全弹性碰撞 理想气体被看作是自由地 无规则运动着的弹性球分子的集合 当分子做无规则的热运动达到平衡状态时 整个气体具有一定的温度和压强 理想气体的压强与分子的热运动有什么定量的关系 理想气体物态方程 2 压强 单位面积上所受到的正压力 12 3理想气体的压强公式 一 气体压强的物理意义 气体的压强是怎么产生的 如何计算或测量 气体的压强 是指气体作用于器壁单位面积上的压力 而气体作用于器壁上的压力就是大量气体分子与器壁碰撞所产生的力 如右图所示 二 理想气体的压强公式 设边长分别为x y及z的长方体中有N个同类的气体分子 每个分子的质量为m 计算器壁上所受到的压强 13 3 12 3理想气体的压强公式 1 一个分子对器壁产生的压力 如图所示 计算器壁面A1所受到的压强 如图所示 容器中有N个分子 计算第i个分子对器壁A1产生的作用力 如图所示建立坐标系 则第i个分子的速度在坐标轴上的投影如右下图所示 单个分子遵循力学规律 任意时刻第i个分子的运动速度为 即 器壁施于分子的冲量 第i个分子运动到A1面处后与器壁发生弹性碰撞 被器壁弹回 因此 第i个分子碰撞前后在x轴方向的动量变化为 13 4 12 3理想气体的压强公式 器壁施于第i个分子的冲量为 根据牛顿第三定律可得 第i个分子施于器壁的冲量 第i个分子在单位时间施于器壁的冲量为 与A1发生两次碰撞的间隔时间为 第i个分子在单位时间内与A1碰撞的次数为 分子在被A1弹回后向左运动与A2碰撞 被A2弹回向右运动 再次与A1碰撞 根据冲量定理 第i个分子对A1面的作用力为 13 5 12 3理想气体的压强公式 容器中N个分子对A1面的总正压力为 因此 容器A1面上受到的压强为 V xyz是容器的体积 n是单位体积中的分子数 即分子数密度 1 2 N个分子对器壁产生的压力 13 6 12 3理想气体的压强公式 同理可以得到 因为 且当气体处于平衡态时 分子向各个方向运动的概率是相等的 将 2 式代入 1 式 得到 3 4 4 式叫做理想气体的压强公式 13 7 12 3理想气体的压强公式 5 由 3 式还可以得到 式中 nm是单位体积内气体的质量 即气体的质量体密度 利用 3 式 4 式和 5 式可以计算理想气体的压强 13 由 4 式可见 对于理想气体 气体作用于器壁的压强正比于分子的数密度n和分子的平均平动动能 8 12 3理想气体的压强公式 13 例题一容器内储有氧气 其压强为1 01 105Pa 温度为27 00C 求 1 气体分子的数密度 2 氧气的密度 3 分子间的平均距离 假设分子间均匀等距排列 解 已知p 1 01 105Pa T 27 0c 273 15 300 15K M 32g mol 1 求气体分子数密度 2 求氧气的密度 3 求分子间的平均距离 平均一个氧气分子占据的体积为 分子间的平均距离为 9 12 4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 玻尔兹曼常数 从日常生活知道 当温度升高时 气体分子运动越快 即分子的动能增大 分子的动能与温度有什么定量的关系 一 分子的平均平动动能与温度的关系 式中n N V是单位体积中的分子数 即气体分子数密度 比较 1 式和 2 式 可以得到 3 式即为理想气体分子的平均平动动能与热力学温度的定量关系 理想气体处于平衡态时 分子的平均平动动能与气体的温度成正比 13 10 12 4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 二 温度的微观本质 i 气体的温度越高 分子的平均平动动能越大 iv 理想气体的平均平动动能只与温度有关 与是什么气体无关 ii 分子的平均平动动能越大 分子热运动的程度越激烈 因此温度是表征大量分子热运动激烈程度的宏观物理量 iii 温度是一个统计量 是大量分子热运动的集体表现 对单个分子而言 说它有多少温度是没有意义的 即与气体分子的质量等因素无关 因此 在同一温度下 各种理想气体分子的平均平动动能都相等 13 11 12 4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 三 方均根速率 4 式中 m是分子的质量 M是气体的摩尔质量 R是摩尔气体常数 由 4 式可见 相同温度下 不同气体分子的方均根速率不同 即气体分子作平动的运动快慢不同 热运动与宏观运动的区别 温度所反映的是分子的无规则运动 它和物体的整体运动无关 物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现 13 12 12 4理想气体分子的平均平动动能与温度的关系 A 温度相同 压强相同 B 温度 压强都不同 C 温度相同 但氦气的压强大于氮气的压强 D 温度相同 但氦气的压强小于氮气的压强 例1一瓶氦气和一瓶氮气密度相同 分子平均平动动能相同 而且它们都处于平衡状态 将氦气和氮气看成理想气体 则它们 解 因为 13 13 12 4理想气体分子的平均平动动能与温度的