《气体动理论》PPT课件

第10章气体动理论,10-1气体动理论的基本概念,一.气体动理论的基本观点,1.宏观物体由大量分子、原子构成，有一定的间隙；,2.分子间有一定相互作用力。,3.分子永不停息地作无规则运动热运动,无序性是气体分子热运动的基本特征,大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性。,分子的平均碰撞次数约。,分子热运动的平均速度约;,统计规律性,二理想气体的微观模型,(1)分子当作质点，不占体积；(因为分子的线度分子截面面积,一个分子在x方向动量的增量为,分子受的冲量为,器壁受的冲量为,它们给dS的冲量为,(2)考虑速度在区间所有分子在dt时间内对面积dS的冲量：,(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：,（3）考虑dt内，所有各组分子对dS的冲量：,平衡态时分子的速度按方向的分布是均匀的:,则,压强只有统计意义。,事实证明：这个压强公式是与实验相符的；,上面的微观假设和统计方法也是正确的。,若用分子的平均平动动能来表示，,分子的平均平动动能为,（4）考虑整个气体对器壁的压强：,二温度的微观意义,T是大量分子热运动平均平动动能的量度,与气体种类无关。,温度是分子无规则热运动激烈程度的量度。,温度也只有统计意义：,描述热力学系统平衡态的一个物理量,温度所反映的运动是分子的无规则的热运动，和物体的整体运动无关,例.在273K时：,H2分子,O2分子,三理想气体状态方程的微观解释,10-3能量按自由度均分定理,确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数目，称为自由度，用i表示。,如He,Ne,Ar等可看作质点,t平动自由度,i=t=3,1.单原子分子,一自由度,总自由度：,质心C平动：t=3（x，y，z）,2.双原子分子,如：O2，H2，CO,r=2（，）,总自由度：,i=t+r=5,轴的取向：,r转动自由度，,刚性分子,单原子分子,刚性双原子分子,刚性多原子分子,3.多原子分子,如：H2O，NH3，CH4，,t=3（x，y，z）,r=3（，）,总自由度：,i=t+r=6,一个平动自由度对应的平均动能为,即：,能量均分定理,由于分子碰撞频繁，平均地说，能量分配没有任何自由度占优势。,在温度为T的平衡态下，分子热运动的每一个自由度所对应的平均动能都等于,二能量均分定理,分子看成质点时，,由分子平均平动动能,所以，根据能量均分定理，分子热运动的平均动能（刚性）为,（单）,（双）,（多）,三理想气体的内能和摩尔热容,内能：,对理想气体：,系统内所有分子平均动能和分子间相互作用势能的总和,分子间作用势能之和为零,所以，对理想气体，设有N个分子，则内能公式：,：气体系统的摩尔（mol）数。,单原子分子,刚性双原子分子,刚性多原子分子,定体摩尔热容,定压摩尔热容,内能,分子有动能，它与气体温度有关。,对非理想气体：,1mol氧气（视为刚性双原子分子）贮于一氧气瓶中，温度为27C，这瓶氧气的内能为J;分子的平均平动动能为J;分子的平均总动能为J.,在标准状态下体积比为1:2的氧气和氦气（视为刚性分子）相混合，混合气体中氧气和氦气的内能之比为,若理想气体的体积为V，压强为p，温度为T，一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量，R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为：(A)pV/m(B)pV/(kT)(C)pV/(RT)(D