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4 3能量均分定理理想气体的内能 预习要点什么是自由度 单原子和刚性双原子分子的自由度各是多少 什么是能量均分定理 为什么平衡态时物质分子的能量会按自由度均分 注意理想气体内能的概念 公式及其特点 一气体分子的自由度 1 自由度 自由度是描写物体在空间位置所需的独立坐标数 2 气体分子的自由度数目 刚性气体分子的自由度 平动自由度 转动自由度 1 单原子分子气体 其模型可用一个质点来代替 平动自由度 转动自由度 总自由度 2 双原子分子气体 其模型可用看成一根刚性杆两端各连一质点的模型来代替 平动自由度 转动自由度 总自由度 3 多原子分子气体 其模型可用多个刚性质点来代替 平动自由度 转动自由度 总自由度 二能量按自由度均分定理 可见 在温度为T的平衡态下 气体分子每个自由度的平均动能都相等 而且等于kT 2 由 得 由于气体分子频繁碰撞 在平衡态下 不可能有哪种运动形式和在哪个自由度上运动占优 每个自由度上应分配有和每个自由度平动动能相等的平均动能 能量均分定理 在温度为T的平衡态下 物质分子的任何一个自由度上分配有kT 2的平均动能 对有i个自由度的气体分子 其平均动能为 三理想气体的内能 一个分子的能量为 1mol气体分子的能量为 1定义 气体内部所有分子的动能和分子间的相互作用势能的总和称为气体的内能 2对于理想气体 分子之间无势能 因此理想气体的内能就是它的所有分子的动能之和 m千克气体的能量为 理想气体的内能只是温度的单值函数 而且和热力学温度成正比 也是状态函数 对于一定量的理想气体 当温度改变时 内能的改变量为 无论经由什么过程 只要温度变化相同 一定量理想气体的内能变化就相同 3单原子气体双原子气体多原子气体 理想气体体积为V 压强为p 温度为T 一个分子的质量为m k
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