气体动理论1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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，一般能被人的感官所觉察，如压强、温度、体积等。,f,为斥力；,f,r,（,分子间距）,o,斥,引,f,为引力；,f,0.,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，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,M,mol,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,n,i,=N,i,/V,，,且,n=n,1,+,n,i,+=,n,i,，分子数为,N,i,，,x,dA,v,ix,dt,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,2mv,ix,.,单个分子在对,dA,的一次碰撞中,2mn,i,v,ix,2,dtdA.,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,n,i,(v,ix,dtdA,).,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,v,ix,dt,?,dA,X,第,i,组的,一个分子与,dA,一次碰撞，施于,dA,的,冲量为,2mv,ix,.,dt,内与,dA,相碰撞的,所有分子,施,与,dA,的冲量为,注意,：,v,ix,0,的分,子数等于,v,ix,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,一次碰撞，施于,dA,的,冲量为,X,dA,设在,dt,时间内与,dA,相碰的分子数为,dN,则,练习：习题集“热学”,复习所讲内容。,2,、若弦线上的驻波表达式为,y,=0.2sin2,x,cos20,t,.,则形成该驻波的两个反向进行的行波为（）,(,A,),y,1,=0.1cos2,(10,t,-,x,)+,/2,y,2,=0.1cos2,(10,t,+,x,)+,/2,(,B,),y,1,=0.1cos2,(10,t,-,x,)-,/4,y,2,=0.1cos2,(10,t,+,x,)+3,/4,(,C,),y,1,=0.1cos2,(10,t,-,x,)+,/2,y,2,=0.1cos2,(10,t,+,x,)-,/2,(,D,),y,1,=0.1cos2,(10,t,-,x,)+3,/4,y,2,=0.1cos2,(10,t,+,x,)+3,/4,解：,且,选,(,C,),.,3,、轻弹簧下端挂一小盘，小盘作谐振动，平衡位置为原点，位移向下为正，并用余弦表示。小盘处于最低位置时有一小物体落到盘上并粘住。若以新的平衡位置为原点，设新的平衡位置相对原平衡位置向下移动的距离小于原振幅。小物体与盘相碰为计时零点，则新的位移表示式的初相在（）之间。,(,A,)0,/2(,B,),/2,(,C,),3,/2(,D,)3,/2 2,o,x,A,新,o,x=,Acos(,t+,),t,=0,解：,选,(,D,),.,