热学-气动力理论-物态方程,压强公式,温度公式.ppt

第二篇热学 热学 热力学 气体动理论 从现象中找规律 透过现象追本质 宏观规律 微观机制 观察记录分析总结 建模统计理论验证 第七章气体动理论 气体动理论是热学的微观理论 7 1热力学系统平衡态状态参量 7 1 1热力学系统 外界 系统以外的物体 系统与外界可以相互作用 例如 热传递 物质交换 系统 系统的分类 开放系统 封闭系统 孤立系统 热力学系统 系统 热力学研究的对象 宏观量 反映大量分子集体行为特征的物理量 温度 压强 微观量 反映单个分子行为特征的物理量 分子的直径 质量 速率 宏观量是大量粒子运动的集体表现 决定于微观量的统计平均值 第7章气体动理论 7 1 2平衡态 平衡态 在不受外界影响的情况下 系统的宏观性质不随时间变化 这种状态叫做平衡态 平衡态 平衡态在p V图上对应一个点 注意 1 平衡态是理想状态 3 不受外界的影响 孤立系统 与稳态不同 2 动态平衡 宏观量 反映大量分子集体行为特征的物理量 微观量 反映单个分子行为特征的物理量 宏观量是大量粒子运动的集体表现 决定于微观量的统计平均值 外界 系统以外的物体 热力学系统 系统 热力学所研究的对象 弛豫 7 1 3状态参量 压强p 气体施加于器壁单位面积的正压力 体积V 气体分子能自由活动的空间 1 状态参量 描写系统平衡态的变量 A B两系统各自达到平衡态并用绝热板隔开 A B两系统用传热板隔开各自的平衡态被破坏 最后达到共同的新的平衡状态 AB实现了热平衡 2 热平衡 单位 米3 m3 单位 帕斯卡 Pa 1Pa 1N m 21atm 1 01325 105Pa 3 热力学第零定律 设A和B A和C分别达到热平衡 则B和C一定达到热平衡 温度T 反映物体的冷热程度 4 温度与温标 温度 反映系统冷热程度的物理量 温标 温度的标度表示法 温度计 用来测温度的量器 摄氏温标 t 冰点为0 热力学 开尔文 温标 单位开尔文 K 3 热力学第零定律 2 热平衡 两系统相互接触 经过足够时间 最后达到共同的新的平衡状态 也叫热动平衡 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡 则这两个系统彼此也处于热平衡 以水的三相点作为定标点 气态 液态 固态共存 7 2理想气体的状态方程 对一定量理想气体 标准状态 1摩尔理想气体 称为 摩尔气体常量 m气体的质量M气体的摩尔质量 摩尔数 理想气体 任何情况下都遵守 玻 马定律 查理定律 盖 吕定律 的气体 理想气体状态方程 7 3理想气体压强公式 7 3 1理想气体的微观模型 1 分子大小与分子间距相比较可忽略 质点 2 分子间及分子与容器壁之间只有碰撞 无其他相互作用 自由质点 3 碰撞是完全弹性的 弹性质点 动量守恒 动能守恒 理想气体可以看成自由 无规则运动的弹性质点系 7 3 2平衡态统计假设 等概率原理 1 分子数密度处处相等 均匀分布 2 分子沿各个方向运动的概率相同 任意时刻沿各向运动的分子数相同 分子速度在各个方向分量的各种平均值相等 理想气体状态方程 7 3 3理想气体的压强公式 推导压强公式的要点 1 气体压强是大量分子不断碰撞容器壁的结果 7 3 1理想气体的微观模型 自由 无规则运动的弹性质点系 7 3 2平衡态统计假设 等概率原理 1 分子数密度处处相等 2 分子沿各向运动概率相同 压强公式的推导 与器壁弹性碰撞 3 单个分子服从牛顿力学 4 大量分子服从统计规律 2 压强等于单位时间内器壁的单位面积上受到的平均冲量 压强公式的推导 与器壁弹性碰撞 单个分子对A1面冲量的大小 A1连续被碰撞2次的时间间隔 单位时间A1受的碰撞次数 单位时间A1受的冲量 冲力 所有分子对A1面的平均冲力 平均冲力 冲量 时间 压强公式的推导 单位时间A1受的冲量 冲力 所有分子对A1面的平均冲力 A1面受到的压强 据统计假设 A1面受到的压强 据统计假设 分子平均平动动能 宏观量 微观量平均值 理想气体压强公式 1 压强公式是统计规律 非力学规律 说明 2 压强是大量分子运动的集体表现 决定于微观量的统计平均值 3 压强对少数分子无意义 7 4理想气体的温度公式 由理想气体状态方程 和压强公式 绝对零度只能逼近 不能达到 1 理想气体的温度公式 温度是分子平均平动动能的量度 是分子热运动剧烈程度的标志 温度是大量分子热运动的集体表现 是统计概念 对个别分子无温度可言 说明 2 方均根速率 而 所以 又有 压强公式 方均根速率 温度公式 例 试求氮气分子的平均平动动能和均方根速率 设 1 在温度t 1000 时 2 t 0 时 3 t 150 时 解 依题意 1 例 两瓶不同种类的气体 其分子平均平动动能相等 但分子密度数不同 问 它们的温度是否相同 压强是否相同 解