东南大学《大学物理》课件-第12章.pdf

第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版气体动理论气体动理论第第 十十 二二 章章第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版2本章目录本章目录12-112-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程 热力学热力学 第零定律第零定律12-212-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性12-312-3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式12-412-4 理想气体分子的平均平动动能与温理想气体分子的平均平动动能与温 度的关系度的关系12-0 12-0 教学基本要求教学基本要求第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版312-512-5 能量均分定理能量均分定理 理想气体内能理想气体内能12-612-6 麦克斯韦气体分子速率分布律麦克斯韦气体分子速率分布律*12-712-7 玻玻耳兹曼能量分布律耳兹曼能量分布律 等温气压公式等温气压公式12-812-8 气体分子平均碰撞次数和平均自由程气体分子平均碰撞次数和平均自由程本章目录本章目录第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版412-0 12-0 教学基本要求教学基本要求 一一 了解了解气体分子热运动的图像气体分子热运动的图像.理解理解平平衡态、平衡过程、理想气体等概念衡态、平衡过程、理想气体等概念.二二 理解理解理想气体的压强公式和温度公式，理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观和微观两方面理解压强和温度的统能从宏观和微观两方面理解压强和温度的统计意义计意义.第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版5 三三 了解了解自由度概念，自由度概念，理解理解能量均分能量均分定理，会计算理想气体的内能定理，会计算理想气体的内能.四四 理解理解麦克斯韦速率分布律、麦克斯韦速率分布律、速率速率分布函数和速率分布曲线的物理意义分布函数和速率分布曲线的物理意义.会会计算计算气体分子热运动的三种统计速度气体分子热运动的三种统计速度.12-0 12-0 教学基本要求教学基本要求第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版6 五五 理解理解气体分子平均碰撞次数和平均气体分子平均碰撞次数和平均自由程自由程 的概念和公式的概念和公式.12-0 12-0 教学基本要求教学基本要求第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版712-112-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程 热力学第零定律热力学第零定律12-212-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性12-312-3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式12-412-4 理想气体分子的平均平动动能理想气体分子的平均平动动能 与温度的关系与温度的关系12-0 12-0 教学基本要求教学基本要求选择进入下一节：选择进入下一节：本章目录本章目录12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版1 研究对象研究对象 热运动热运动:构成宏观物体的大量微观粒子构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规则运动的永不休止的无规则运动.热现象热现象:与温度有关的物理性质的变化与温度有关的物理性质的变化.研究对象特征研究对象特征 单个单个分子分子:无序、具有偶然性、遵循力无序、具有偶然性、遵循力学规律学规律.整体整体(大量分子大量分子):服从统计规律服从统计规律.12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版2 宏观宏观量量:表示大量分子集体特征的物理表示大量分子集体特征的物理量量(可直接测量可直接测量)，如，如 p，V，T 等等.微观微观量量:描述个别分子运动状态的物理描述个别分子运动状态的物理量量(不可直接测量不可直接测量)，如分子的，如分子的m，等等.v宏观宏观量量微观微观量量统计平均统计平均12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版3 研究方法研究方法1 热力学热力学 宏观宏观描述描述2 气体动理论气体动理论 微观微观描述描述12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版4一一 气体的物态参量气体的物态参量(宏观量宏观量)TVp,1 压强压强 ：力学力学描述描述p 单位单位:2mN 1Pa 1Pa 1001.1atm 15 标准大气压标准大气压:纬度海平面处纬度海平面处,时的时的大气压大气压.45C0 2 体积体积 :几何几何描述描述l 10m 133V单位单位:12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版5 3 温度温度 :热学热学描述描述TtT273单位单位:(开尔文开尔文).K二二 平衡态平衡态 一定量的气体，一定量的气体，在不受外界的影响下，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态性质不随时间变化的状态称为平衡态.12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版6TVp,TVp,真真 空空 膨膨 胀胀pVo),(TVp),(TVp12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版7平衡态的特点平衡态的特点),(TVppV),(TVpo(1)单一性单一性(p，T 处处相等处处相等)；(2)物态的物态的稳定性稳定性 与时间无关；与时间无关；(3)自发过程的终点；自发过程的终点；(4)热动平衡热动平衡(有别于力平衡有别于力平衡).12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版8三三 理想气体物态方程理想气体物态方程 物态方程物态方程:理想气体平衡态宏观参量间的理想气体平衡态宏观参量间的函数关系函数关系.理想气体宏观定义理想气体宏观定义:遵守三个实验定律的气体遵守三个实验定律的气体.12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版911KmolJ 31.8R摩尔气体常量摩尔气体常量222111TVpTVp对对一定质量的一定质量的同种气体同种气体RTMmRTpV理想气体物理想气体物态方程一态方程一mmM 系统总质量，系统总质量，摩尔质量，摩尔质量，单个分子质量单个分子质量12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版10123AKJ 1038.1/NRkk 称为玻耳兹曼常量称为玻耳兹曼常量.n=N/V，为气体分子数密度为气体分子数密度.理想气体物理想气体物态方程二态方程二nkTp Nmm mNMA12-1 12-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版11四四 热力学第零定律热力学第零定律 如果物体如果物体 A 和和 B 分别与物体分别与物体 C 处于处于热平衡的状态，那么热平衡的状态，那么 A 和和 B 之间也处于之间也处于热平衡热平衡.第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版1212-112-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程 热力学第零定律热力学第零定律12-212-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性12-312-3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式12-412-4 理想气体分子的平均平动动能理想气体分子的平均平动动能 与温度的关系与温度的关系12-0 12-0 教学基本要求教学基本要求选择进入下一节：选择进入下一节：本章目录本章目录第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版1一一 分子的线度和分子力分子的线度和分子力 分子有单原子分子、双原子分子、多分子有单原子分子、双原子分子、多原子分子和千万个原子构成的高分子原子分子和千万个原子构成的高分子.不同结构的分子其尺度不一样不同结构的分子其尺度不一样例例 标准状态氧分子标准状态氧分子直径直径 m10410d分子间距分子间距分子线度分子线度10第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版2二分子力二分子力0m109Fr时0rr 当当 时，分子力时，分子力主要表现为斥力；当主要表现为斥力；当 时，分子力主要表现为引时，分子力主要表现为引力力.0rr0rorFm10100r分子力分子力第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版3 利用扫描隧道利用扫描隧道显微镜技术把一个显微镜技术把一个个原子排列成个原子排列成 IBM 字母的照片字母的照片.对于由大量分子组成的热力学系统从对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时微观上加以研究时,必须用统计的方法必须用统计的方法.第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版4三分子热运动的无序性及统计规律三分子热运动的无序性及统计规律 热运动：大量实验事实表明分子都在作热运动：大量实验事实表明分子都在作永不停止的无规运动永不停止的无规运动.例例 常温和常压下的氧分子常温和常压下的氧分子-1107s10m10z-1sm450v第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版5 小球在伽尔小球在伽尔顿板中的分布规顿板中的分布规律律.第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版6 统计规律统计规律 当小球数当小球数 N 足够大足够大时小球的分布具有统计时小球的分布具有统计规律规律.第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-2 12-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性物理学物理学第五版第五版7设设 为第为第 格中的粒子数格中的粒子数iNi1iiiiNN归一化条件归一化条件 iiNN粒子总数粒子总数概率概率 粒子在第粒子在第 格中出格中出现的可能性大小现的可能性大小iNNiNi lim第十二章第十二章 气体动理论气体动理论物理学物理学第五版第五版812-112-1 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程 热力学第零定律热力学第零定律12-212-2 物质的微观模型物质的微观模型 统计规律性统计规律性12-312-3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式12-412-4 理想气体分子的平均平动动能理想气体分子的平均平动动能 与温度的关系与温度的关系选择进入下一节：选择进入下一节：12-512-5 能量均分定理能量均分定理 理想气体内能理想气体内能本章目录本章目录第十二章第十二章 气体动理论气体动理论12-3 12-3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式物理学物理学第五版第五版1（1）分子可视为质点；分子可视为质点；线度线度间距间距 ，；m1010dm109r（2）除碰撞瞬间除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；分子间无相互作用力；一一 理想气体的微观模型理想气体的微观模型（4）分子的运动遵从经典力学的规律分子的运动遵从经典力学的规律