大学物理气体动理论PPT课件VIP

精选,1,热学（Thermology）,研究与热现象有关的规律的科学。,热现象：大量分子无规则运动(热运动)的集体表现。(举例说明),热力学系统：由大量分子组成的系统。,思考:大量分子都在不停地运动，为什么有的物体在运动，有的物体是静止的？,可否用研究力学的方法来研究热学问题?,?,?,精选,2,热学研究方法：,宏观法：以实验为基础，研究系统与外界的相互作用规律。,微观法：对大量分子的行为作统计分析，建立宏观量与微观量的联系。,宏观法与微观法相辅相成。,气体分子的质量、速度等等,气体的体积、压强、温度等等。,精选,3,第一章气体动理论(KineticTheoryofGases),主要内容：,精选,4,1.1平衡态(EquilibriumState),系统的宏观性质不随时间改变的状态,状态参量,描述系统平衡态的宏观量。,e.g.P、V、T、M(质量)、Mmol(摩尔质量)(密度)、E(内能)、S(熵),P(pressure),SI单位：Pa1Pa=1N/m2,1mmHg=1.333102Pa1atm=1.013105Pa,其它单位：,精选,5,V(volume),SI单位：m3,其它单位：1l=10-3m31cm3=10-6m3,T(temperature),Tc=Tk-273.15,目前，T(min.)=2.41011k(激光冷却法),精选,6,P-V图,点平衡态,线准静态过程(过程中的每一时刻，系统都几乎处于平衡态),两个系统的热平衡,由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时，称它们达到了热平衡。,此时必有TA=TB,精选,7,与第三个系统达到热平衡的两个系统，互相之间也达到热平衡。热力学第零定律,此时有TA=TC=TB,1.2理想气体状态方程（IdealGasEquationofState）,理想气体状态方程(Clapeyronsequation),精选,8,Note:,状态方程的另一形式：,P=nkT,来历,精选,9,1.3压强公式（ExpressionforPressure）,推导：理想气体分子模型统计方法,理想气体分子模型,分子的行为犹如粒子；,(分子线度(1)分子间距(10),当作质点),除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用；,精选,10,碰撞是弹性的；,分子的运动服从经典力学规律。,(分子速度(102m/s)vp的分子数。,，分子的平均速率。,精选,32,，v=v1v2的分子的速率平方的平均值。,练习,改变各式积分区间,说明物理意义.,写出有限区间分子的平动动能之和及平均平动动能的表达式.,精选,33,三个特征速率,最概然速率(最可几速率),由,得,精选,34,平均速率,的用途：计算分子的平均自由程。,方均根速率,精选,35,Note:,都,的用途：计算分子的平均平动动能。,Boltzmann将麦氏分布推广到有外场作用的情形，给出,精选,36,其中dN：速度在vxvx+dvx,vyvy+dvy,vzvz+dvz区间，位置在x+dx,y+dy,z+dz区间的分子数C：与速度和位置无关的比例系数,该分布称为Boltzmann分布，称为Boltzmann因子。,由该分布可得分子数按位置的分布规律,e.g.,重力场中：,恒温气压公式：,精选,37,1.8分子的平均自由程(TheMeanFreePathofMolecules),平均碰撞频率单位时间内一个分子与其它分子的平均碰撞次数。,平均自由程一个分子在连续两次碰撞之间平均通过的路程。,平均碰撞频率,设想某一分子以平均相对速率运动，其它分子静止。,精选,38,碰撞截面：=d2,平均碰撞频率：,统计理论,于是,精选,39,Notes:,等体过程：T,通常，,平均自由程,Notes:,通常，,等体过程：不变,精选,40,SUMMARY,压强的微观公式,温度的微观解释,精选,41,能量的均分,分子热运动每个自由度的平均动能：,一个分子热运动的平均总动能：,理想气体内能：,速率的分布,分布函数：,精选,42,三种特征速率,精选,43,重力场中：,平均自由程,精选,44,EXERCISES,在相同的温度和压强下，各为单位体积的氢气与氦气的内能之比为，各为单位质量的氢气与氦气的内能之比为。,解：,精选,45,思考,其它解法？,精选,46,一定量氢气温度每升高1k，内能增加41.6J，则该氢气质量为。,解：,练习,就TE,自编几道题.,精选,47,在以速度运动的容器中，盛有分子质量为m的单原子理想气体。若使容器突然停止运动，则气体状态达到平衡后，其T=.,解：,定向运动动能变为热运动动能,思考,其它解法？,精选,48,答：,已知f(v)为麦克斯韦速率分布函数，则表示；速率大于vp的分子的平均速率表达式为.,理想气体平衡态下，速率小于vp的分子数占总分子数的百分比。,精选,49,三个容器A、B、C中装有同种理想气体，其分子数密度n相同，方均根速率之比为，则其压强之比PA:PB:PC=。,解：,精选,50,思考,TA:TB:TC=？,单位体积气体内能之比？,单位质量气体内能之比？,精选,51,若氧分子O2气体离解为氧原子O气体后，其热力学温度提高一倍，则氧原子是氧分子的倍。,解：,思考,