第六章+气体动理论基础1.ppt

第6章气体动理论基础第7章热力学基础第8章静电场和稳恒电场第9章稳恒磁场第10章电磁感应第11章电磁波第3章相对论,教学内容,2,热力学系统（热力学研究的对象）：大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。,系统分类（按系统与外界交换特点）：,孤立系统：与外界既无能量又无物质交换封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换,一热力学系统,3,二平衡态,对于一个不受外界影响的系统，不论其初始状态如何，经过足够长的时间后，必将达到一个宏观性质不再随时间变化的稳定状态，这样的一个状态称为热平衡态，简称平衡态.,系统处于平衡态，必须同时满足两个条件：,系统与外界在宏观上无能量和物质的交换,系统的宏观性质不随时间变化,4,1.宏观量从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。如压强p、体积V、温度T等,三对热力学系统的两种描述方法：,2.微观量描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质量m、直径d、速度、动量等。,宏观量,微观量,5,四温度,6,1.温度概念,温度是表征物体冷热程度的宏观状态参量。温度概念的建立是以热平衡为基础的。,如果两个系统分别与第三个系统的同一平衡态达到热平衡，那么，这两个系统彼此也处于热平衡.这个结论称为热力学第零定律.,7,2.温标温度计,规定水的三相点（水，冰和水蒸汽平衡共存的状态）为273.15K。,8,五理想气体状态方程,状态方程：理想气体平衡态下各个状态参量之间的关系式.,理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体.,9,状态图（-图、-图、-图）,在状态图中，一条光滑的曲线代表一个由无穷多个平衡态所组成的变化过程。,曲线上的箭头表示过程进行的方向。,非平衡态过程无法找到相应的过程曲线与之对应。,10,除碰撞外，分子力可以略去不计,一理想气体分子模型和统计假设,分子间的碰撞是完全弹性碰撞,分子可以看作质点,理想气体的分子模型为：,11,平衡态时，理想气体分子的统计假设有：,无外场作用时，气体分子在各处出现的概率相同,分子可以有各种不同的速度，速度取向在各方向是等概率的,12,二理想气体的压强公式,设边长分别为、及的长方体中有N个质量为m的同类气体分子，计算壁面所受压强.,13,对于i分子：,、先考察一个分子（例如i分子）一次碰撞中给予器壁A1的冲量,由牛顿第三定律，i分子给予器壁的冲量为,大量分子对器壁碰撞的总效果：连续的、恒定的力的作用.,单个分子对器壁碰撞特性:间断的、随机的.,14,i分子单位时间对器壁的冲量,两次碰撞间隔时间,单位时间碰撞次数,i分子对A1面的平均冲力,2、i分子在单位时间内施于A1面的平均冲量（平均冲力）,15,3、所有分子在单位时间内对器壁的冲量对i求和（总平均冲力）,故若令,表示分子在X方向速率平方的平均值，,那么,于是所有分子在单位时间内施于A1面的冲力为,16,、求压强的统计平均值,所以,引入分子平均平动动能,17,统计关系式,压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.,分子平均平动动能,18,玻尔兹曼常量,一温度的统计解释,阿伏加德罗常数,19,3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等.（与第零定律一致）,1）温度是分子平均平动动能的量度（反映热运动的剧烈程度）.,2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义.,20,（A）温度相同、压强相同。（B）温度、压强都不同。（C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强.（D）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强.,解,例6.1一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们,21,例6.2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为玻尔兹曼常量，R为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为：,（A）（B）（C）（D）,解,22,二气体分子的方均根速率,方均根速率和