第3章_气体动理论-6.pptx

THERMOTICS 1 第三章 气体动理论 (Kinetic Theory of Gases) 3.1 热力学系统 状态 理想气体状态方程 3.2 理想气体的压强和温度 3.3 能均分定理和理想气体内能 3.4 麦克斯韦速率分布律 3.5 玻尔兹曼分布律 3.6 实际气体的状态方程 3.7 气体分子平均自由程 2 热力学系统：要含有大量原子、分子或其 它微观粒子，体积有限的宏 观物体。热力学研究的对象。 一、热力学系统与外界 §3.1 热力学系统 状态 理想气体状态方程 系统分类： 1. 孤立系统： 2. 封闭系统： 3. 开放系统： 外　界：　 热力学系统以外的物体。 无物质、能量的交换。 有能量交换，无物质交换。 既有物质交换又有能量交换。 3.1.1 热力学系统和状态 3 二、微观状态与宏观状态 2. 宏观状态：对系统在整体上表现出来的某些性质进行 描述而确定的状态。 宏观量：表征系统状态和属性的 物理量。 可用仪器直接测量,可被人的感官察觉。 1. 微观状态：对组成系统的大量微观粒子的运动状态 进行描述而确定的状态。 微观量：不能直接测量，不能被人的感官察觉。 微观量与宏观量有一定的内在联系。 分子的质量、直径、位置、速度、动量、动能等。 广延量: 质量 M、体积 V、能量 E 等； 强度量：压强 P、温度 T 等。 4 三、平衡态 平衡态：系统内部没有宏观的粒子和能量流动，其 宏观性质不随时间改变。是一种动态平衡， 并伴随涨落。布朗运动是可观测的涨落现 象之一。 非平衡态：当处在平衡态的系统受到外界影响时， 内部会出现宏观的粒子和能量流动，此时 系统处在非平衡态。 平衡态原理：一个孤立的热力学系统，不管它原来 处在什么状态，总会自 发地趋向平衡态， 并保持这个状态不变。 5 四、平衡态的状态参量 1. 状态参量： 描述系统宏观性质（热学、力学、化 学、电磁等）的宏观量。 2. 气体的状态参量： 体积 V 压强 p SI 单位：Pa (N/m2) 1 atm=1.01325×105 Pa = 76 cmHg 温度T 反映物质分子运动的剧烈程度。 SI 单位：m3 1 l=10-3 m3 6 一、热平衡 A、B两体系互不影响，各自达到平衡态。 两体系的平衡态有联系，达到共同的热平衡状态 (热平衡)。 二、热力学第零定律 设 A 和 C、B 和 C 分别热平衡，则 A 和 B 一定热平衡。 　互为热平衡的热力学体系，必定具有一个共同的宏观物 理性质和相同的宏观参量  温度。 　温度测量的理论和实验根据。 　温度是系统状态的一个态函数  状态方程。 3.1.2 温度 热力学第零定律 7 三、 温 度 决定一个系统是否与其它系统达到热平衡的宏观性质。 处于热平衡的多个系统具有相同的温度 具有相同温度的几个系统放在一起必然处于热平衡。 温度测量 A 和 B 热平衡，TA = TB 酒精或水银 热胀冷缩特性，标准状态下，冰水混合，B 上留一刻痕， 水沸腾，又一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（Co）。 8 四、 温 标 温度的数值表示法称为温标。 1. 理想气体温标 (T): 测温物质：理想气体 玻意耳定律： 三相点温度 参考点： 单位：开[尔文](K) 2. 热力学温标： 与任何物质特性无关，在理想气体温标范围内，与理想气体温标等价。 3. 摄氏温标 (t) 五、热力学第三定律 热力学零度是不能达到的。 9 3.1.3 理想气体状态方程 理想气体在任一平衡态下各宏观量之间的关系称为理想气体状态方程。 R为普适气体常数 10 若写成 11 例: 一容器内装有气体，温度为 27 oC，问： (1) 压强为1.013105 Pa时，在 1 m3 中有多少个分子；(2) 在高真空时，压强为 1.3310-5 Pa，在 1 m3 中有多 少个分子? 按公式 p = nkT 可知 解： 12 § 3.2 理想气体的压强和温度 3.2.1 气体分子的无规则热运动及其相互作用 一、布朗运动：水表面的花粉颗粒的不停顿的无规则运动是液体分子永不停息的无规则热运动的宏观表现。 二、分子间相互作用力 理想气体的微观模型就是建立在这样的气体分子相互作用的图像上。 13 理想气体分子像一个个极小的彼此间无相互作用的遵守牛顿力学规律的弹性质点 理想气体：在各种压强下都严格遵守玻意耳定律的气体。 3.2.2 理想气体微观模型 14 二、 对分子集体的统计性假设 分子的速