气体动理论1.ppt

1、第9章 平衡态与分子热运动的统计规律,组成物质的大量分子（原子）永不停息地作无规则运动，称为热运动。,例证：扩散现象、布朗运动,一、气体动理论的基本观点,1、所有的物质均由大量分子（原子）所构成，粒子之间有间隙，1mol任何由分子构成的物质，均含有,个分子。,2、一切分子都在作热运动。,3、分子间有相互作用力。,（热力学第零定律、温度、温标，自学）,9-1、9-2 热力学平衡态、热力学第零定律 温度,二、宏观量(macroscopic quantity)与微观量(microscopic quantity),大量分子的集体所处的状态，称为宏观状态。描述宏观状态的物理量叫宏观量，可直接用仪器测量，

2、一般能被人的感官所觉察，如压强、温度、体积等。,f,r,（分子间距）,o,斥,引,f为引力；,平衡距离,描述个别分子的特征的物理量（分子的质量、位置、速度、动能等）称为微观量，一般不能直接测量，不能被人的感官直接观察到。,三、统计的规律性(statistical regularity),对大量偶然事件的总体起作用的规律称为统计规律。,气体动理论的研究方法,用微观量的统计平均值来表示宏观量,四、状态参量(state parameter),描述系统的有关特性的物理量，如体积（V)、压强(p)、温度（T)等，称为状态参量。,五、平衡状态(equilibrium state),在不受外界影响的条件下，

3、系统的宏观性质不随时间变化，各部分的p、T等相同，称气体处于热动平衡状态，简称平衡态。,“热动”,气体分子的热运动永不停息,非平衡态,分子的热运动和相互碰撞,对一定质量的气体，平衡态可用p-V图上的一个点来表示；对非平衡态，则不可。,p,O,V,.,(p,V,T),平衡态原因：,六、理想气体状态方程,1、形式之一：,（实验定律，条件：压强不太大，温度不太低）,完全遵守此方程的气体，叫理想气体。,2、形式之二：,（标准状态下）,普适气体恒量,3、形式之三：,m分子质量,N/V=n分子数密度,玻耳兹曼常量,M气体的质量,Mmol气体的摩尔质量,9-3-1 压强的统计意义,1、分子本身的线度与分子间

4、平均距离相比可忽略。即，气体分子可视作质点。,标态下,标态下,2、除碰撞瞬间外，分子之间、分子与器壁之间的作用力及分子的重力均可忽略。分子的碰撞为弹性碰撞（动量、动能守恒）。,对理想气体，不存在分子势能（物系具有势能的条件？）,3、大量分子向各个方向运动的机会均等。分子速度沿各方向的分量的各种统计平均值相等。,一、理想气体的微观模型,如在三维直角坐标系O-xyz中，,对一个分子：,对大量分子取平均，,设体积为V的容器中有N个质量均为m的同一种理想气体的分子，分子数密度为n=N/V.,二、理想气体压强公式,上的平均冲量。即,dI为大量分子在dt时间内施加在器壁dA面上的平均冲量。,气体的,压强等

5、于大量分子在,单位时间内,施加在单位面积器壁,为讨论方便，将分子按速度区间分组，第i组分子,速度为,分子数密度为 ni=Ni/V，,且,n=n1+ni+=ni,，分子数为Ni，,的压强（如右图）,在,x轴的器壁上任取,一小面积dA,计算其所受,施于dA的冲量为 2mvix.,单个分子在对dA的一次碰撞中,2mni vix2dtdA.,dt时间内，碰到dA面,的第i组分子施于dA的,冲量为,为高的斜柱体内的分子。分子数为 ni(vixdtdA) .,关键在于：在全部第i组分子中，在dt时间内，能,与dA相碰的只是那些位于以dA为底，以 vixdt,?,dA,X,第i组的一个分子与dA一次碰撞，施

6、于dA的冲量为 2mvix.,dt内与dA相碰撞的所有分子施,与dA的冲量为,注意： vix 0 的分子,平均来讲 vix 0 的分,子数等于 vix 0 的分子数。,不与dA碰撞。,压强,定义：,引入分子的平均平动动能,注：,（理想气体压强公式）,宏观量,微观量的统计平均值,结论：,压强p具有统计意义，适用于大量分子的集体,对个别分子或少数分子谈论压强无意义。,三、道尔顿分压定律,不同气体混合在同一容器中，分子数密度分别为,则单位体积内混合气体的总分子数为,混合气体的总压强,表示各组分气体的分压强。,结论:混合气体的总压强为各组分气体分压强之和。,道尔顿分压定律,例1.氢分子的质量为 ，若每秒有 个氢分子沿与器壁法线成45的方向以 的速率撞击在 的面积上（碰撞为完全弹性的），则此氢气的压强为？,解：,一个分子与dA一次