理想气体物态方程压强和温公式PPT课件

1、热 学 (calorifics) 热学是研究与热现象有关的物质运动规律的科学。 表示物体冷热程度的物理量是温度，把与温度有关的物理性质及状态的变化称为热现象，热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。物体是由大量分子、原子组成的，这些微观粒子的不停的、无规则的运动称为分子热运动。第1页/共25页 关于热的本质问题，有两种对立的学说： 热质说热是一种元素，它可以透入任何物体中，不生不灭，较热物体含较多的热质。 热是物质运动的一种表现，热是一种能量，能够与机械能互相转化。 热力学第一定律确立了热和机械功相互转化的数量关系，热力学第二定律告诉人们如何提高热机效率，热力学的两个基本定律都是从研究热和

2、功的相互转化问题总结出来的，然而，热力学理论的应用远远地超出了这一问题的范围。 在热力学发展的同时，即19世纪中期，分子运动论也开始飞速地发展，为了改进热机的设计，对热机的工作物质气体的性质进行了广泛的研究，气体动理论便是围绕着气体性质的研究发展起来的。第2页/共25页 研究对象 热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规则运动 .热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。单个分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律.研究对象特征整体（大量分子） 服从统计规律 . 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如 等 .TVp, 微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量

3、），如分子的 等 .v,m第3页/共25页宏观量微观量统计平均 研究方法1. 热力学 宏观描述 实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 . 1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然； 3）应用宏观参量 .特点第4页/共25页2. 气体动理论 微观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法 .两种方法的关系气体动理论热力学相辅相成 1）揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .特点第5页/共25页 从分子热运动观点出发，运用统计方法研究气体分子热运动的宏观性质和变化规律。寻求宏观量与微观量之

4、间的关系，揭示气体宏观热现象及其规律的微观本质。第6页/共25页一 气体的物态参量及其单位（宏观量）TVp, 1 气体压强 ：作用于容器壁上单位面积的正压力（力学描述）.p 单位：2mN1Pa1 2 体积 : 气体所能达到的最大空间（几何描述），也就是容器的容积. 3333dm10L10m1V单位：Pa10013. 1atm15标准大气压： 纬度海平面处, 时的大气压.45C0 3 温度 : 气体冷热程度的量度（热学描述）. TtT15.273单位：温标 （开尔文）.K第7页/共25页TVp,TVp,真 空 膨 胀二 平 衡 态 一定量的气体，在不受外界的影响下, 经过一定的时间, 系统达到一

5、个稳定的, 宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态 .（理想状态）pVo),(TVp),(TVp第8页/共25页平衡态的特点),(TVppV),(TVp*o1）单一性（ 处处相等）;2）物态的稳定性 与时间无关；3）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）.Tp,第9页/共25页5)只有平衡态才可用状态参量来描述，否则，非平衡态中的各个状态参量都在不断变化，无法用统一的参量来描述系统的状态。我们主要研究平衡态的热学规律。6)平衡过程：从一个状态到另一个状态的变化过程如果进展的十分缓慢，所经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这个过程就称为平衡过程，又称准静态过程。准静态过程是无限缓慢的状态变

6、化过程，是一种理想的物理模型。7)实际过程：在实际问题中，除了一些进行极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可把实际过程近视看成是准静态过程。第10页/共25页三 理想气体物态方程 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系 .11KmolJ31. 8R摩尔气体常量222111TVpTVp对一定质量的同种气体RTMmpV 理想气体物态方程理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 .第11页/共25页玻马定律PV=constant盖吕萨克定律V/T=constant查理定律P/T=constantT不变P不变V不变克拉伯龙方程PV=nRTPV/T=Rn=1mol第12页/共25页 1）分子

7、可视为质点； 线度间距 ; ,m1010drdr,m1092）除碰撞瞬间, 分子间无相互作用力；一 理想气体的微观模型4）分子的运动遵从经典力学的规律 .3）弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；9.4 压强和温度的微观意义第13页/共25页xvmxvm-2Avoyzxyzx1Avyvxvzvo 设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中有 N 个全同的质量为 m 的气体分子，计算 壁面所受压强 .1A二 理想气体压强公式第14页/共25页2）分子各方向运动概率均等kjiiziyixivvvv分子运动速度热动平衡的统计规律 （ 平衡态 ）VNVNndd1）分子按位置的分布是均匀的 大量分子对器壁碰

8、撞的总效果 ： 恒定的、持续的力的作用 .单个分子对器壁碰撞特性 : 偶然性 、不连续性. 分子数密度n：单位体积内的分子数。第15页/共25页222231vvvvzyx各方向运动概率均等iixxN221vv 方向速度平方的平均值x0zyxvvv各方向运动概率均等2）分子各方向运动概率均等kjiiziyixivvvv分子运动速度第16页/共25页分子施于器壁的冲量ixmv2单个分子单位时间施于器壁的冲量xmix2vxvmxvm-2Avoyzxyzx1Aixixmpv2 x方向动量变化两次碰撞间隔时间ixx v2单位时间碰撞次数2xvix 单个分子遵循力学规律第17页/共25页 单位时间 N 个

9、粒子对器壁总冲量 2222xixiixiixxNmNxNmxmxmvvvvi 大量分子总效应xvmxvm-2Avoyzxyzx1A 单个分子单位时间施于器壁的冲量xmix2v器壁 所受平均冲力 xNmFx2v1A第18页/共25页气体压强2xxyzNmyzFpv统计规律xyzNn 2231vvx分子平均平动动能2k21vmk32np xvmxvm-2Avoyzxyzx1A器壁 所受平均冲力 xNmFx2v1A第19页/共25页k32np 统计关系式压强的物理意义宏观可测量量微观量的统计平均值 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 .问 为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞 ？分子平

10、均平动动能2k21vm第20页/共25页VNnmNMNmm/ARTNNpVAnkTp 玻尔兹曼常数123AKJ1038. 1NRk宏观可测量量RTMmpVk32np 理想气体压强公式理想气体状态方程微观量的统计平均值分子平均平动动能 kTm23212kv第21页/共25页温度 T 的物理意义 3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。 热运动与宏观运动的区别：温度所反映的是分子的无规则运动，它和物体的整体运动无关，物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现. 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）.Tk注意2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义.kTm23212kv第22页/共25页（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.nkTp 解TmkkTVN)He()N(2mm)He()N(2pp 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