[理化生]第七章：_氣體分子動理論(留存版)

　　

【正文】 （ 忽略： 分子力 、 重力）。 討論分四步進行： 第二步：考慮速度在 區間的 iii vdvv??? ??一個分子對器壁碰撞的沖量。 主要貢獻： 物 理 學 史 介 紹： 美國物理學家 (科羅拉多大學 ) 。 ?問題 1: 試用氣體的分子熱運動理論說明為什么大氣中氫 的含量極少 ? 2022/4/8 42 167。 解 : （ 1） RTMmpV ? RTiMmE2?( P a) 532???? ???? ?iV Ep（ 2） p n k T?VNn ?53 222 23 10 10 10 ( K) 10 10p pVTnk N k??? ? ?? ? ? ? ?? ? ?2 3 2 2 133 1 . 3 8 1 0 3 . 6 2 1 0 7 . 4 9 1 0 ( J )22kT???? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?2022/4/8 59 解：氧氣定向運動的動能為 221 mv內能增量為 TRMmE ??? 25氧氣的質量 氧氣的摩爾質量 m o lkgM / 2???由題意，有 TRMmmvE ????? 25%8021 2KT ????例題 容積為 的容器儲有 氧氣，以 的速度運動，設容器突然停止，其中氧氣的 的機械運動的動能轉化為氣體分子熱運動動能。 2022/4/8 64 167。 實驗結論： 在確定實驗條件下，分布在任一速率區間的分 子數與總分子數的比值是確定的。 T=0K是分子停止運動的溫度。為什么 一切強作用的 物質都是由夸克構成，而夸克卻看不見 。（ 1）計算阿伏伽德羅常量；（ 2）設粒子遵守麥克斯韋速率分布，計算該粒子的平均速率。 以氫氦為燃料的核聚變，有 大量高速中子被釋放。 2022/4/8 55 例：試指出下列各式所表示的物理意義： RTiMmRTikTikTkTkT2)6(2)5(2)4()3(23)2(21)1(2022/4/8 56 例 :理想氣體系統由氧氣組成，壓強 P =1atm， 溫度 T = 27oC。 2022/4/8 41 問題 2: 對汽車輪胎打氣，使之達到所需要的壓強。 kT23?? MRTmkTv 332 ??2022/4/8 37 2022年榮獲諾貝爾物理學獎。 （ mechanic method and statistic method） 2022/4/8 25 氣體壓強的成因：壓強是氣體分子給容器壁沖量的統計平均量 2l3lO XYZA1lB2022/4/8 26 理想氣體壓強公式的推導： 理解統計意義 設第 i 組分子的速度在區間： iii vdvv??? ?? 以 n i 表示第 i 組分子的分子數密度。 2） 物態的 穩定性 —— 與時間無關； 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。 掌握 能量按自由度均分定理。 優點：可靠、普遍。 用途 :生活的各個方面。 （ 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。 （ B）溫度、壓強都不同。 ” “ 借助該技術， 將來可能會擁有 3D全息電視 ” 。 ???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。 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。 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。這個力是什么 ，我們不了解，它的存在是關于粒子物理學的第一個謎。 ? 2022/4/8 104 8 一瓶氦氣和一瓶氮氣密度相同 , 分子平均平動動能相同 , 而且它們都處于平衡狀態 , 則它們： （ A）溫度相同、壓強相同 . （ B）溫度、壓強都不同 . （ C）溫度相同 , 但氦氣的壓強大于氮氣的壓強 . （ D）溫度相同 , 但氦氣的壓強小于氮氣的壓強 . 9 根據能量按自由度均分原理 ,設氣體分子為剛性分子 ,分子自由度數為 i,則當溫度為 T 時 , （ 1）一個分子的平均動能為 . （ 2）一摩爾氧氣分子的轉動動能總和為 . 2i kTRT考題練習 : 2022/4/8 105 10 兩種氣體自由度數目不同 ,溫度相同 , 摩爾數相同 ,下面哪種敘述正確 : （ A）它們的平均平動動能、平均動能、內能都相同； （ B）它們的平均平動動能、平均動能、內能都不同 . （ C）它們的平均平動動能相同，平均動能、內能都不同； （ D）它們的內能都相同，平均平動動能、平均動能都不同； 考題練習 : 2022/4/8 106 11 有容積為 的容器中盛有剛性雙原子分子理想氣體，其內能為 。 Van der waals(1837~1923):荷蘭， 1910年獲諾貝爾獎。 2022/4/8 65 學生人數按年齡的分布 10% 40% 30% 20% 人數比率按 年齡的分布 1000 4000 3000 2022 人數按年齡 的分布 21~22 19 ~20 17 ~ 18 15 ~16 年齡 ΔNi/N ΔNi vi ～ vi +Δv … … … … … … ΔN2/N ΔN1/N 分子數比率按速率的分布 ΔN2 ΔN1 分子數按速率 的分布 v2 ～ v3 v1 ～ v2 速率 氣體分子按速率的分布 2022/4/8 66 273K時空氣分子的速率分布 400～ 500 500～ 600 600～ 700 700以上 100以下 100～ 200 200～ 300 300～ 400 % 速率區間 /m 重點 自由度 : i=3 , 5 ,6 .重點 氣體分子能量計算（平動、轉動、振動）。 掌握的 氣體分子平均總能量、內能及計算 。 ” “ 借助該技術， 將來可能會擁有 3D全息電視 ” 。 xvm?xvm ?2Av?oyzxyzx1Av?yv?xv?zv?o2022/4/8 29 器壁受的沖量為 2 m v ix 第一步：一個分子對器壁碰撞的沖量。 2022/4/8 21 對大量分子組成的氣體系統的統計假設： V N d V d N n = = （ 3）平衡態時分子的速度按方向的分布是各向均勻的。 2022/4/8 6 一、 氣體的物態參量 、平衡態、理想氣體狀態方程： 熱力學系統 (簡稱系統 )：給定范圍內，由大量微 觀粒子所組成的宏觀物體。2022/4/8 1 第七 章：氣體分子動理論 （ Kiic Theory of Gas molecular） 都是研究熱現象和熱運動規律的學科 。 用途 :認識天氣、大氣、太空的基礎。 氣體分子運動的規律： （ 3）氣體分子熱運動服從統計規律。 2022/4/8 28 (m v ix ) – mv ix=