01压强温度公式

1,大学物理课程期末成绩评定规则平时成绩占总成绩的10%。半期考、期末考成绩按一定比例计入期末总成绩，具体比例待期末考试时确定。1作业必须在应交作业的该次课或下一次课上交，其它情况均按缺交处理。学生每缺交作业一次，平时成绩扣一分。抄袭作业的，由老师根据情况酌情处理。2无故旷课，每旷课一次，平时成绩扣一分。以上平时成绩扣分，最多扣10分。强调：无故旷课次数超出学校规定的，本门课程以不及格计。,2,热学（Heat）,气体动理论,张三慧教材：7.1、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7,毛骏健教材：10-1、10-210-2-4（不要求）,3,热学:研究热现象及其规律的学科,热力学系统以外的物体称为外界。,例：若汽缸内气体为系统，其它为外界,一.热学的研究对象及内容,对象：,宏观物体（大量分子原子的系统）或物体系称为热力学系统。,前言,前言,宏观：热现象是与温度有关的现象,微观：热现象是与分子热运动有关的现象,4,孤立系统和外界无质量、能量交换,封闭系统和外界无质量交换、有能量交换,开放系统和外界既有质量交换、也有能量交换,二.热学的研究方法,热力学（thermodynamics）,宏观基本实验规律,热现象规律,统计力学（statisticalmechanics）,对微观结构提出模型、假设,热现象规律,5,三.几个概念,对热力学系统有两种描述方法:,1.宏观量（macroscopicquantity）,从整体上描述系统的状态量,一般可以直接测量,例如：p,V,T,等,.微观量（microscopicquantity）,对系统中单个微观粒子进行描述的物理量,一般只能间接测量,例如：分子的质量、速度、直径、动量,微观量与宏观量有一定的内在联系。,6,在不受外界影响的条件下,热力学系统的宏观性质不随时间改变的状态,称为平衡态。,平衡态是热学中的一个理想化状态。,平衡态：体系的温度、压强、密度等宏观量处处相同，在p-V图上可用一点表示,3.平衡态（equilibriumstate）,处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因为碰撞,每个分子的速度经常在变,-动态平衡,7,描写平衡态下系统宏观属性的一组独立宏观量，称为状态参量（stateparameter）,一组状态参量,一个平衡态,状态参量之间的函数关系称为状态方程。,4理想气体及其状态方程,例如：气体的p、V、T,严格遵守四条定律(玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律和阿伏伽德罗定律)的气体,称为理想气体。,8,设：m-单个分子质量;-摩尔质量；分子数为，为体系内气体的质量,n-分子数密度(单位体积中的分子数),k=R/NA=1.381023J/K,-玻耳兹曼常数,因为,-理想气体状态方程的另一形式,9,几点讨论：,(2)摩尔数,10,态参量p、V、T中，T是热学特有的物理量，它就是用热平衡的概念来定义的：,实验表明，,则A与B热平衡。即：“分别与第三个系统处于同一热平衡态的两个系统必然也处于热平衡。”,热平衡定律（热力学第零定律）,5.温度,11,因此，温度取决于系统内部分子（对质心）的热运动状态，与系统的整体运动无关。,定义：,处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质，称为温度。,一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度。,温度计与温标:,1）经验温标：以某物质的某一属性随冷热程度的变化为依据而确定的温标称为经验温标。,12,在理想气体可以使用的范围内，理想气体温标与热力学温标是一致的。,2）理想气体温标T：以理想气体作测温物质,3）热力学温标T：不依赖任何具体物质特性的温标,经验温标除标准点外，其他温度并不完全一致。如：水冰点沸点,摄氏温标：00C1000C,华氏温标：32F212F,规定：水的三相点T0=273.16K,13,（Thetheoryofmolecularmotionofgas),气体动理论,14,一.理想气体的微观假设(微观模型),气体分子当作质点，不占体积；(因为分子的线度分子间的平均距离),(3)分子之间是完全弹性碰撞,(4)分子的运动规律遵从牛顿力学,.对单个分子力学性质的微观假设,(2)分子之间只在碰撞时有力作用(忽略重力)，两次相邻碰撞间分子作匀速直线运动,理想气体的压强和温度,分子数目太多，无法解这么多的联立方程。即使能解也无用，因为碰撞太频繁，运动情况瞬息万变。必须用统计的方法来研究。,15,2.统计规律性,大量偶然事件从整体上反映出来的一种必然的规律性。,定义:某一事件i发生的概率为Pi,Ni事件i发生的次数；,N各种事件发生的总次数,统计平均值的计算：,16,统计规律有以下几个特点:,（1）只对大量偶然的事件才有意义,（2）它是不同于个体规律的整体规律(量变到质变),（3）总是伴随着涨落,伽耳顿板,表演实验,个体事件有偶然性，大量偶然事件整体遵守统计规律,17,单个粒子行为-偶然,大量粒子行为-必然,18,dV-体积元(宏观小,微观大),即：气体分子在空间的分布是均匀的，分子数密度处处相同,（2）平衡态时分子的速度按方向的分布是各向等概率的。,（1）平衡态时，在无外场的情况下，分子在各处出现的概率相同，,3、对分子集体的统计规律假设,19,由矢量合成法则，分子速度的方均值为：,则,注意：统计假设是对系统中大量分子平均而言的，若系统包含的分子数越多，假设就愈接近实际情况。,即,20,前提：,平衡态，,忽略重力，,分子看成质点,（即只考虑分子的平动）；,讨论对象：,同一种气体，分子质量为m，,N总分子数，,V体积，,分子数密度（足够大），,把所有分子按速度分为若干组，在每一组内的分子速度大小，方向都几乎相等。,设第i组分子的速度在区间内。,二.理想气体压强公式的推导,21,一个分子对器壁的冲量,各组分子对器壁的冲量,整个气体对器壁的压强,压强公式的推导步骤：,一组分子对器壁的冲量,22,(1)考虑速度在区间的一个分子对垂直于x的器壁碰撞的冲量：,大量分子对垂直x方向的器壁碰撞，在y,z方向的切向合力是为零的。,因为是弹性碰撞，一个分子在x方向的速度分量由vix变为vix,分子的动量的增量为,(-mvix)-mvix=-2mvix,分子受的冲量为-2mvix,器壁受的冲量为2mvix,23,它们给dA的冲量为,（3）考虑dt内，所有各组分子对dA的冲量：,(2)考虑速度在区间所有分子在dt时间内对面积dA的冲量：,处于小柱体内的，速度基本上为的分子都能在dt时间内碰到面积dA上，,24,（4）考虑整个气体对器壁的压强：,25,思考：,定义分子平均平动动能：,压强公式又可表示为：,-压强公式,由气体的质量密度：,压强公式又可表示为：,26,1.压强公式是一个统计规律；,2.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。,明确：,压强只有统计意义,3.适用于任意形状的容器,4.无法用实验直接验证,27,将p=nkT代入压强公式,得,1.表示宏观量温度T与微观量的统计平均值之间的关系-温度的统计意义。,2.温度是大量气体分子热运动剧烈程度的量度与气体种类无关-温度的微观实质。,理想气体的温度,3.分子的平均平动动能只与T有关，与气体性质无关,与整体定向运动速度无关。,28,称为方均根速率,5.成立条件：理想气体平衡态。,4.运动是绝对的,因而绝对零度不可能达到,29,例.在273K时：,H2分子,O2分子,30,例题一容器体积V=1m3,有N1=11025个氧分子，N2=41025氮分子，混合气体的压强p=2.76105pa,求分子的平均平动动能及混合气体的的温度。,解由压强公式,所以,