[理化生]第七章：_氣體分子動理論-wenkub

　

【正文】 3） 自發過程的終點； 4） 熱動平衡（有別于力平衡） . Tp,),( TVppV),( TVp* o p V 圖上的每一點表示一個平衡態 影響平衡的外界因素： W 和 Q 掌握：非平衡態、平衡過程、非平衡過程。 1714年由荷蘭的華倫海特（ Daniel Fahrenheit)發明 ,簡稱華氏溫標。 孤立、封閉、開放。 1643年由意大利的托里坼利（ Evangelista Torricelli)發明。 掌握 能量按自由度均分定理。缺點 :受模型局限，普遍性較差。 引入： 統計物理 學和熱學的研究對象： 研究方法：不同。 2022/4/8 2 ? 研究對象 熱運動 : 構成宏觀物體的大量微觀粒子的永不休止的無規運動 . 熱現象 : 與溫度有關的物理性質的變化。 優點：可靠、普遍。 掌握 麥克斯韋速率分布律。 發明內容： 測量大氣壓力的儀器 。 系統的外界 (簡稱外界 )： 能夠與所研究的熱力學系統發生相互作用的其它物體。 用途 :生活的各個方面。 2022/4/8 15 11 Km o ?? ???R摩爾氣體常量 RTMmpV ?理想氣體物態方程 VNn ? n k Tp ?分子數密度 （ ）：單位體積內的分子數目 . n5 理想氣體物態方程 理想氣體宏觀定義 ：遵守三個實驗定律的氣體 . 物態方程：理想氣體平衡態宏觀參量間的函數關系 . 123 ?? ???k 玻爾茲曼常數 2022/4/8 16 推導 : n k Tp ?其中： ??? m o lNA123103 8 0 6 5 1 ?? ???? KJNRkA玻爾茲曼常數： RTMmpV ? RTMVmp ?? RTVNNAmm00?RTVN NA? TNRnA? n k T?RTMmpV ?2022/4/8 17 例 理想氣體體積為 V ，壓強為 p ，溫度為 T ,一個分子 的質量為 m ， k 為玻爾茲曼常量， R 為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數為： （ A） （ B） （ C） （ D） mpV)( RTpV)( kTpV)( TmpVkTpVnVN ??n k Tp ?解 2022/4/8 18 二、分子運動的基本概念 (Basic conception )： 一切物質由大量微觀粒子（分子、原子）組成， 分子間有空隙。 （ 2） 氣體分子間的相互碰撞是非常頻繁的 （ 109次 /秒 ）。 (2) 統計規律和漲落現象是分不開的。 （ The pressure formula of ideal gas） ： 231 vnmP ? ?nP32?討論 (Discussion): ?（ 1） 顯示了宏觀量 P 與微觀量 統計平均值 的關系。 ??iinn討論對象：一定質量的處于平衡態的某種理想氣體。 一組分子在 d t 時間內對面積 dS 的沖量。 ? ? ? ?dSdtvnmvdI ixiixi ???? 2第三步：所有各組分子對器壁碰撞的沖量。 （ B）溫度、壓強都不同。 主要貢獻： 物 理 學 史 介 紹： 美國物理學家 (哈佛大學 )。 約翰 哈爾 (John L. Hall ) 在激光精密光譜研究中做出了突出的 貢獻，他們用精密測量手段來測試光 的頻率。 主要貢獻： 物 理 學 史 介 紹： 德國物理學家 (慕尼黑大學） 。 ” “ 借助該技術， 將來可能會擁有 3D全息電視 ” 。在冬 天與夏天，打入輪胎內的空氣質量是否相同？為什么？ 問題 3: 根據理想氣體的溫度公式，當 T=0K時， ＝ 0。 (Theorem of equipartition of energy )： 本節重點 : 掌握自由度的概念。 質點 (Moving particle)的自由度： i = 3 剛體 (Free rigid body)的自由度： i = 6 2022/4/8 44 4 氣體分子 (Molecular of gas)自由度： kTm2321 2kt ?? v?222231 vvvv ???zyxkTmmm zyx 21212121 222 ??? vvv 單原子分子平均能量 kT213 ???yzxo2022/4/8 45 剛 性 雙 原子分子 分子平均平動動能 222kt 212121CzCyCx mmm vvv ????分子平均轉動動能 22kr 2121zy JJ ??? ??krkt ??? ??? 剛 性分子平均能量 2022/4/8 46 222121 xkCxv ?? v??非剛性 分子平均振動能量 krkt ??? ??剛 性分子平均能量 v???? ??? krkt非剛性 分子平均能量 非剛性 雙 原子分子 1m2m* C yzx2022/4/8 47 vrti ??? 自由度數目 平動 轉動 振動 單 原子分子 3 0 3 雙 原子分子 3 2 5 多 原子分子 3 3 6 剛性 分子能量自由度 t r i分子 自由度 平動 轉動 總 自由度 : 分子能量中獨立的速度和坐標的 二次方項數目 叫做分子能量自由度的數目 , 簡稱自由度，用符號 i 表示 . 2022/4/8 48 二 能量均分定理（玻爾茲曼假設） 氣體處于平衡態時，分子任何一個自由度的平 均能量都相等，均為 ，這就是 能量按自由度 均分定理 . kT21 分子的平均能量 kTi2??單 原子分子 3 0 3 雙 原子分子 3 2 5 多 原子分子 3 3 6 剛性 分子能量自由度 t r i分子 自由度 平動 轉動 總 2022/4/8 49 說明： ⑴ 分子的自由度不僅取決于其內部結構，還取決于溫度。 ???TRiE d2d ?? 理想氣體內能變化 三 理想氣體的內能 理想氣體的內能 ：所有分子熱運動動能和分子內原子間的勢能之和（溫度的單值函數） . RTiNE 2A ?? ? 1 mol 理想氣體的內能 （物質的量 ） Mm ???2022/4/8 51 TRiE d2d ?? 理想氣體內能變化 RTE 23? 單 原子分子氣體 1mol 雙 原子分子氣體 1mol 多 原子分子氣體 1molRTE 25?RTE 3? 幾種 剛 性分子理想氣體的內能 ? 理想氣體內能只是溫度的函數，和 T 成正比 . 理想氣體的內能 RTiRTiMmE2239。 求 （ 1）單位體積內的分子數；（ 2）分子的平均 平動動能 和平均轉動動能；（ 3）單位體積中的內能。求氣體的溫度及壓強各升高了多少。 主要貢獻： 物 理 學 史 介 紹： 荷蘭物理學家。 要想使加熱到 1億攝氏度到 2億攝氏度的等離子體不致飛散，必須用磁場封閉，否則核聚變不會開始。這種 中子線一接觸材料，材料的原子成分就 會完全改變。 （ Distribution Law of Molecular Speed of Gas） 本節重點 : 掌握麥克斯韋速率分布函數的物理意義。s1 由表中數據可見，低速和高速的分子所占的比例較少，而具中等速率的分子所占的比例較大，呈現出一定的統計規律性。 vv ~)(fmkT2p ?v)O()H( 22 mm ??)O()H( 2p2p vv ??m / s2022)H( 2p ?? v4232)H()O()O()H(222p2p ???mmvvm / s5 0 0)O( 2p ?? v)(vf1sm/ ??v2022 o2022/4/8 82 速率分布函數 f(v) 的物理意義是什么 ，試指出下列各式 所表示的物理意義。 解 : (1) TNRkTvmA232321 2 ??)( mo 1232 ???? vm RTN A(2) 1231423 ??????????? ????? mk