2021-2022学年高二物理竞赛：温度、理想气体课件

1、1温度和气体动理论17.1平衡态 一.热力学系统和外界热力学系统：（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。，2二.平衡态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。平衡态是一种热动平衡 平衡态是一种理想状态三、状态参量宏观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。微观量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 大量分子微观行为的统计平均表现3例如：压强体积大量分子对器壁的冲力 的平均效果

2、所有分子能够达到的空间AB17.2.温度的概念 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.ABA、B 两体系相互影响, 达到 共同的平衡态(热平衡)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4pV C等温 等容玻意耳马略特定律查理定律盖吕萨克定律等压Tp CTV C理想气体的状态方程：pV RTR 8.31J mol 1 K 117.4理想气体的状态方程 理想气体： 严格遵守三定律的气体玻尔兹曼常量 kMNANApVRT N R Tk R 1.381023 J K 1N Am0Nm0 mRT pV NkT p nkT5M理想气体的

3、状态方程：pV mRTR 8.31J mol 1 K 1方程中三个变量 p、 V、T , 只有两个是相 互独立的每个平衡态都在 p-V图上对应一个点II ( p2 ,V2 ,T2 )p6oI ( p1 ,V1 ,T1 )V17.5气体分子的无规则运动 一、分子热运动的图像分子热运动：大量分子做 永不停息的无规则运动。二、分子热运动的基本特征1.无序性某个分子的运动，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。72.统计性从大量分子的整体的角度看，遵从一定的统计规律。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。 气体分子向各个方向

4、运动的机会是均等的。统计规律（3）总是伴随着涨落8大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律 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 规律三、自由程 ：分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程平均自由程自由程的平均值平均碰撞频率z :一秒钟内一个分子与其 它分子碰撞的平均次数 与z 的关系： z9uACBD2ddA长度为u的圆管设分子的有效直径为d，A分子以平均相对速率u运动，其它分子都不动以A分子运动路径（折线）为轴线，作一半径为d，总10凡是其中心位于管内的分子(如B、C分子) 都将与A分子碰撞ABD2ddAC u单位时间内A分子将与分子中心位于管内的所有分子进 2

5、行碰撞，所以平均碰撞频率为：z d 2un考虑到其它分子都在运动，经过精确计算，得：u 分子平均碰撞频率为：zz 2d 2 nv2nv d 212n d 2kT112 p d 2分子平均自由程为： v z 2nv d 212n d 2kT2 p d 2分子平均自由程为： v分子平均碰撞频率为：对空气分子az标准状态下： p 1.013 105 PT 273.15KV 22.41103 m 3 / mold 3.5 10 -10 m 200.d 相当于分子直径的200倍 6.9108 m秒129 次z 6.5 10每秒碰撞几十亿次kTn p 3.2 1017分子数密度 n平均自由程 7.8m min( , l ) =10-2m12nd 2分子有效直径: d=310-10m求:1.分子数密度n2.平均自由程T=27C注意：气体容器限度小于平均自由程计算值时， 实际平均自由程就是容器限度的大小 min( , l )例已知: 真空管线度 l =10-2m，真空度:1.3310-3pa13例 如果理想气体的温度保持不变，当压强降为原值的 一半时，分子的平均自由程成为原值的 两倍 .（A）压强（B）体