1温度、理想气体、压强

1,大学物理,主讲教师：刘丽华,北京科技大学应用学院物理系,1.补考：时间：9月13日（第1周周日）上午8:0010:00；内容比例：和上学期期末试卷一致；上学期的平时成绩占25%。,说明,2.竞赛：校内竞赛在第三周左右，校外竞赛在第十二周。,校内竞赛获奖的同学期末卷面成绩加10分，校外竞赛获奖的同学期末免考，按100分计最终成绩。,2,3,4.答疑:,地点：理化楼135时间：从第三周开始,5.教师联络方式:,lhliu,3.教材和参考书：,吕金钟主编大学物理辅导,程守洙、江之永编普通物理学(第六版),热学（第五、六章）,光学,量子力学,本学期主讲内容:,（第十十二章）,（第十三章）,6.公共邮箱:,daxuewulikejian,密码?,Youguess?,考评体系,平时25分,期末75分,缺1次作业扣1分；,作业10分,考勤5分,期中10分,缺1次课扣2分；,交作业时间：,每周周一,4,第九周周末,5,物体的热性质,热学绪论,一、热学的研究对象,二、热学研究方法,观察、实验,热力学,统计力学,宏观法,微观法,每个微观粒子遵循的力学定律,统计规律,优点：可靠、普遍,缺点：未揭示微观本质,揭示了热现象的微观本质,可靠性、普遍性差,与温度有关的性质，是组成物体的大量分子、原子热运动的集体表现,第五章,气体动理论,6,一、平衡态准静态过程,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。,外界：热力学系统以外的物体。,5-1热运动的描述理想气体模型和状态方程,7,1.热力学系统和外界,在不受外界影响的条件下，系统宏观性质均匀一致、不随时间变化的状态。,2.平衡态,平衡态是一种理想状态,平衡态是一种热动平衡,在外界影响下，状态发生变化，称系统经历一个过程。,3.准静态过程,准静态过程：所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。,气体等温膨胀,例：,8,过程相对于迟豫时间无限缓慢,准静态过程,非静态过程,准静态过程是理想过程,二、状态参量,平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量，一般可以直接测量。如压强p、体积V、温度T等。,描述系统内个别微观粒子特征的物理量，一般不能直接测量。如分子的质量、直径、速度、动量、能量等。,气体的宏观量是大量分子行为的统计平均表现,大量的平均效果,例如：压强分子对器壁的冲力,9,1.宏观量,2.微观量,设A和B分别与C的同一状态热平衡，则A和B一定热平衡,热力学第零定律,A、B两体系互不影响,各自达到平衡态,A、B两体系相互影响,达到共同的平衡态(热平衡),3.温度,10,处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观物理性质，这个性质称为温度.,1.玻意耳马略特定律,等温,2.查理定律,等容,3.盖吕萨克定律,等压,理想气体：,严格遵守三定律的气体,理想气体的状态方程：,方程中三个变量p、V、T,只有两个是相互独立的,三、理想气体的状态方程,每个平衡态都在p-V图上对应一个点,每个准静态过程在p-V图上对应一条曲线,11,分子热运动：大量分子做永不停息的无规则运动。,一、分子热运动的图像,5-2分子热运动和统计规律,13,某个分子的运动，是杂乱无章的，无序的；各个分子之间的运动也不相同，无序的；这正是热运动与机械运动的本质区别。,二、分子热运动的基本特征,1.无序性,从大量分子的整体的角度看，遵从一定的统计规律，即统计性。,例如：在平衡态下，气体分子的空间分布，按密度来说是均匀的。可作假设：气体分子向各个方向运动的机会是均等的，且分子速度在各个方向的分量的统计平均值也相等。,2.统计性,对大量分子体系的热平衡态，它是成立的。,14,15,统计规律,大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律,统计规律的几个特点:,（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,（3）总是伴随着涨落,16,1.对单个分子的力学性质的假设,(1)分子的线度分子间的平均距离，可忽略不计,(2)分子之间除碰撞的瞬间外，无相互作用力,(4)分子之间和分子与容器壁之间的碰撞是完全弹性碰撞,(3)分子运动遵从牛顿力学,2.对大量分子组成的气体系统的统计性假设,5-3理想气体的压强和温度公式,一、理想气体微观模型,理想气体分子像一个个极小的彼此间无相互作用的遵守经典力学规律的弹性的质点,17,2.对大量分子组成的气体系统的统计性假设：,dV-体积元（宏观小，微观大）,（2）平衡态时分子按位置的分布是均匀的,（1）平衡态时分子的速度按方向的分布是均匀的,分子在各个位置的几率相等,即分子数密度到处一样,分子朝各个方向运动的几率相等,18,A,i分子与器壁碰撞一次获得的动量增量,i分子一次碰撞给予器壁的冲量,单位时间的碰撞次数:,单位时间i分子给予器壁的冲量：,二、理想气体压强公式的推导,个分子给予器壁的压强：,N个分子单位时间给予器壁的平均冲力：,(n:分子数密度),19,分子热运动的平均平动动能,由统计假设：,2.压强的微观本质：,大量分子单位时间内对器壁的平均冲力,说明,3.压强具有统计意义,1.公式反映了宏观量p与微观量的对应关系,20,例：一正方体容器，内有质量为m的理想气体分子，分子数密度为n。可以设想，容器的每壁都有1/6的分子数以速率（平均值）垂直地向自己运动，气体分子和容器壁的碰撞为完全弹性碰撞，则（1）每个分子作用于器壁的冲量p=；（2）每秒碰在器壁单位面积上的分子数n0=；（3）作用于器壁上的压强p=。,21,例：设想每秒钟有1023个氧分子（质量为32原子质量单位），以500m/s的速度沿着与器壁成45o角的方向撞在面积为的器壁上，求这群分子作用在器壁上的压强。,解：单个分子撞击给予器壁的