热学-气体动理论1.ppt

1、第二部分，热力学，研究对象：分子热运动和热现象，气体动力学理论(热运动的统计描述):微观理论，利用统计方法建立宏观量和相应微观量之间的关系。热力学：宏观理论，从能量的角度，研究热现象的宏观规律，第五章，气体动力学理论，研究对象：大量气体分子形成一个系统，微观量，宏观量。统计平均，研究方法：(1)无序就单个分子的运动而言，(2)统计就大量分子的集体表达而言，宏观量是微观量的统计平均，学习要求：掌握对宏观与微观、个体与整体、运动与平衡的理解；建立“统计学”的概念。研究方法明显不同于力学。5-1热运动描述了理想气体状态方程，1。状态参数，-表示系统宏观状态特征的物理量，体积：气体分子可以到达的空间(

2、m3)，压力：气体分子碰撞器壁的宏观性能(N/m2)，温度：气体分子运动的剧烈程度(k)，2。平衡状态和准静态过程(平衡过程)。宏观量(状态参数)不变，微观运动永不停止，动态平衡，平衡状态：热系统在恒定的外部条件下(系统与外界没有质量和能量交换)经过很长时间后达到一个确定的状态，其中系统的宏观状态不随时间变化，称为平衡状态。平衡状态由光伏图上的一个点表示。平衡状态1、平衡状态2、过度过程、准静态过程(理想模型)。如果这个过程进展非常缓慢，一系列的中间状态将无限接近平衡。这个过程被称为准静态过程(平衡过程)。例：实现定容加热的准静态过程：热源3。理想气体的状态方程，气体的状态方程：-气体的p、v

3、和t之间的关系，理想气体模型：物理条件：低密度、低压和高温，气体符合三个实验定律，当质量不变时：标准状态：(P0-通用气体常数，理想气体的状态方程，即例1中氧气瓶的体积为3.210-2m3，其中氧气压力为1.3107Pa。氧气厂要求在压力降至106Pa时重新充气。设置一个实验室，每天使用1个0.2立方米的氧气，并询问一瓶氧气在恒温条件下可以使用多少天。解决方法：使用前后瓶内氧气质量分别为m1和m2，每天使用的氧气质量为m3，可用天数为。在实施例2中，让空气含有23.6%的氧气和76.4%的氮气，并计算压力p=105Pa帕、温度t=17时的空气质量密度。解决方案：让空气中的氧气和氮气质量分别为m

4、1和m2，摩尔质量分别为Mmol1和Mmol2。气压，5-2分子热运动和统计定律，(1)物体是由大量的分子或原子组成，(2)分子永不停止作不规则运动，(1)气体动力学理论的基本观点，(3)分子之间有相互作用的分子力，r0:平衡距离10-10 m，d:分子的有效直径，-这时，合力为零，分子力图。质量约1027公斤，主要是：标准状态下61023分子/摩尔，速度快：标准状态下平均速度约几百米/秒，混沌：混沌和快速变化的运动，3。分子热运动统计定律、高尔顿板实验，小钉子，等宽槽，球落在哪里1。分布函数，概率(probability)，在一定条件下，一个偶然事件发生的概率被设置为N -实验的总次数，而N

5、i-事件a的发生次数为：Pi的函数公式随Ni-分布函数而变化，对于所有事件，-分布函数被归一化，Pi值范围为：2。统计平均值，实测物理量f : f1、f2和fn分别为N1、N2、Nn、f和f的算术平均值，n:平均值，真值(统计平均值)，表明：(1)某一实测值与统计平均值之间总是存在偏差波动(涨落)现象；(2)偶然事件构成整体的数量越大，波动发生的平均速度：均方速度：5-3理想气体压力和温度公式，1。理想气体微观模型，粒子模型，碰撞是唯一的相互作用，牛顿定律，完美弹性碰撞，流动性，统计，位置共享，速度共享，2。推导理想气体压力公式，特例：设置一个矩形容器，V=l1l2l3配备。当分子与壁A1碰撞

6、时，给A1的冲量为：分子与壁A1碰撞的频率为：单位时间内壁A1对分子的冲量为：冲量，大量分子，时间效应，空间效应，n，连续均匀压力，A1上的压力：单位体积内分子数n:定义，-讨论：(2)压力公式建立了宏观压力与微观量统计平均值之间的关系， (1)、(3)压力是大量气体分子的行为，它是由大量气体分子与壁面碰撞产生的，理想气体状态方程的另一种形式：(3)温度的本质和统计意义，气体的分子数N-m kg； N0-1摩尔气体的分子数；mass分子的质量；玻尔兹曼常数，定义：-每单位体积的分子数，温度的物理意义：(1)温度的性质：分子平均平移动能的测量，讨论：(2)温度是气体分子质量运动的集合表达式。对于

7、单个分子来说，温度是没有意义的，它是一个物理量，代表气体分子热运动的强度。(3)分子运动永不停止，T0无法实现，热力学第三定律，理想气体的状态方程：压力公式：温度公式：气体分子的平方根率：分子的动能，5-4能量共享定理，理想气体的内能，第一自由度，确定物体在空间位置所需的独立坐标数，平移动能，=，-反映运动的自由度，火车：在轨道上运动， 自由度为1，飞机：在空中飞行，自由度为3，船舶：在水平面上运动，自由度为2，1。 刚体有6个自由度，3个旋转自由度，3 2。常温下不能考虑气体分子的自由度和分子的振动。2.根据能量按自由度等分的定理，已知理想气体分子的平均平移动能为：平移自由度为：3。问题：平移动能在三个自由度上是如何分布的？分子的平均平移动能在每个平移自由度上均匀分布，相应的动能为kT/2。众所周知，在平衡状态下，气体不规则运动，机会均等。任意自由度的平均动能为：能量根据自由度定理：进行划分，每个气体分子(总自由度为1)的平均动能为：单原子分子(he):双原子分子(he)，多原子分子(H2O):CO2分子：3。对于理想气体，分子间相互作用势能、分子动能、分子间相互作用势能、1摩尔理想气体内能、m千克理想气体内能可以忽略不计。-理想气体内能是温度的单值函数。