§9-1 气体动理论和理想气体模型.ppt

1、1,第九章 气体、固体和液体的基本性质,2,第九章 气体、固体和液体的基本性质,9-1 气体动理论和理想气体模型 9-2 理想气体的压强和温度 9-3 理想气体的内能 9-4 麦克斯韦速率分布律 9-5 范德瓦耳斯方程 9-6 气体内的输运过程 9-7 固体的性质及晶体结构的一般概念 9-8 晶体中粒子的相互作用 9-9 非晶态固体的结构和应用 9-10 液体和液晶的微观结构 9-11 液体的表面性质,3,分子物理学和热学都是研究物质热现象和热运动规律的学科，但两者的出发点和采用的方法却不相同。,分子物理学的研究方法又叫分子动理论，是以物质的原子分子结构概念和分子热运动概念为基础，运用统计的方

2、法，解释与揭示物质宏观热现象及其有关规律的本质，并确立宏观量与微观量之间的关系。,表征个别分子的物理量称为微观量；表征大量分子集体特性的量，称为宏观量。,宏观量与微观量之间必然存在着应有的内在联系；虽然个别分子的运动是无规则的，但是就大量分子的集体表现来看，却存在着一定的统计规律。,4,热力学是宏观理论，分子物理学是微观理论。热力学所研究的物质宏观性质，经分子物理学的分析，才能了解其本质；分子物理学的理论，经热力学的研究而得到验证。分子物理学和热力学彼此联系，两者相互补充，不可偏废。,热力学并不考虑物质的微观结构和过程，以观测和实验事实作依据，主要从能量观点出发，分析研究在物态变化过程中有关热

3、功转换的关系和条件。,物体的宏观性质是由物体内分子之间的相互作用和分子的热运动两个基本因素决定的。,5,9-1 气体动理论和理想气体模型,2. 分子处于不停息的热运动中, 布朗运动是分子热运动的间接证明。,3. 分子之间以及分子与器壁之间 进行着频繁碰撞，每个分子的运动 速率和运动方向都在不断地、突然地发生变化。,碰撞引起动量、分子能量、分子密度、分子种类的均匀化等。系统表现了一系列宏观性质的均匀化。,6,4. 分子之间存在分子力作用 由于分子力的复杂性，常用的简化模型是假设分子具有球对称性，近似的半经验公式表示为,由于 ， 所以分子力是短程力，在气压较低的情况下可以忽略不计。,(s t),式

4、中r是两个分子中心的距离，、s 和 t 都为正数，可由实验确定。式中第一项为正值，表示斥力，第二项为负值，表示引力。,7,二、理想气体的模型 (perfect gas),3. 气体分子之间和分子与容器器壁分子之间，除以碰撞的形式发生相互作用外，不存在分子力的相互作用。,2. 视为质点的气体分子遵从牛顿运动定律。,1. 构成理想气体系统的分子是具有一定质量的单个质点或多个质点的某种组合。,4. 气体分子之间以及气体分子与容器器壁分子之间的碰撞都是完全弹性碰撞，因而碰撞前、后不但动量守恒，而且动能也保持不变。,8,三、理想气体状态的描述,1. 气体系统的平衡态：一个任意的气体系统，如果外界对它没有

5、作用和影响，经过一定时间后，系统必将达到一个稳定的、其宏观性质不随时间变化的状态，即平衡态。,2. 态参量 ：对于一个物质系统来说，可以用一组宏观物理量来描述它所处的平衡态。这组描述系统状态的宏观物理量，称为态参量。,一个质量为m、摩尔质量为M的均匀物质系统(如气体、液体和各向同性的固体等)在没有外场作用的情况下，常用以下三个态参量来描述其平衡态：,系统的平衡状态实际上是热动平衡态。,9,(2) 系统的压强 p (pressure)，表示气体作用于容器器壁单位面积上的垂直压力的大小。,(3) 系统的温度T (temperature)，微观上反映了系统中分子热运动的强弱程度，宏观上表示系统的冷热

6、程度。对温度的分度方法所作的规定，称为温标。,国际上规定热力学温标为基本温标，用T表示。其单位是K(开尔文)。摄氏温标是常用的温标，用t表示，其单位是.,(1) 系统的体积V (volume)，表示系统中气体分子所能到达的空间的体积。,10,华氏温标：1714年荷兰华伦海特建立，以水结冰的温 度为32F，水沸腾的温度为212F,摄氏温标：1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立，以冰 的熔点定为0C，水的沸点定为100C，,热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔 文建立，与摄氏温度的关系为,11,3. 理想气体物态方程,在平衡状态下，系统的V、p和T之间存在的关系，称为系统的物态方程。理想气

7、体的物态方程可以表示为,m、M和系统中气体质量、摩尔质量和物质的量； R是普适气体常量，其值为8.314510Jmol1K1 。,实验表明：在高温、低压条件下，各种真实气体的行为都很接近理想气体物态方程的规律；在低温、高压条件下，各种真实气体的行为都在不同程度上偏离理想气体物态方程所反映的规律。,理想气体的行为大致地描述了真实气体的共同特征，但没有真实气体的性质完全与理想气体的相同。,12,例1 下图是化学测定易挥发液体分子量的装置。 将玻璃容器中的四氯化碳放在热水中加热，四氯化碳挥发时将容器内的空气赶出。当四氯化碳全部汽化时，立即将细颈封住，这时容器内四氯化碳蒸汽的压强等于大气压。如果称得容器内蒸汽的质量为1.6010-3kg，容器的容积为30110-6m3 ，热水的温度