热学篇 研究对象:大量微观粒子组成的热力学系统。 ●●●● (气体分子) 标准态下,1mo气体有6.022×1023个分子 >研究内容:与温度有关的热现象,即分子热运动。 (无规则) 单个分子:无规则、偶然的热运动。 大量分子(整体):遵守确定的热运动规律。 (统计规律) 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 1 热学篇 ➢ 研究对象： 大量微观粒子组成的热力学系统。 （气体分子） ➢ 研究内容： 与温度有关的热现象，即分子热运动。 标准态下，1mol气体有6.022×1023个分子 （无规则） 单个分子：无规则、偶然的热运动。 大量分子（整体）：遵守确定的热运动规律。 （统计规律）
热学篇 >描述方法: 1.宏观描述:对系统状态宏观性质的描述 如P、T、V等,可用仪器直接测定。 2.微观描述:对单个粒子性质的描述 如八只Ek >研究方法: 1.热力学:由观察和实验总结得出的宏观理论。 (热力学定律) 2.统计物理统计方法研究大量粒子无规则热运 动规律的微观理论。 第十二章气体动理论 2
第十二章 气体动理论 2 热学篇 ➢ 描述方法： ➢ 研究方法： 1. 宏观描述： 如P、T、V等，可用仪器直接测定。 2. 微观描述： 对系统状态宏观性质的描述 对单个粒子性质的描述 如μ、p、Ek …… 1. 热力学： 2. 统计物理学： 由观察和实验总结得出的宏观理论。 （热力学定律） 用统计方法研究大量粒子无规则热运 动规律的微观理论
概念 >气体状态参量: 1.压强:大量气体分子对容器壁单位面积的 垂直作用力 单位:Pa(Nm2) 帕斯卡 atm标准大气压cmHg厘米汞柱 1atm=76cmHg=1.013×105Pa 2.体积:分子活动的空间(并非分子大小的总和) 3.温度:物体冷热程度的量度 (反映分子热运动剧烈程度的量 热力学温标:T=t+273.15K 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 3 概念 ➢ 气体状态参量： 1. 压强： 单位： Pa （Nm-2） 帕斯卡 2. 体积： 大量气体分子对容器壁单位面积的 垂直作用力 分子活动的空间 （并非分子大小的总和） atm 标准大气压 cmHg 厘米汞柱 1atm = 76 cmHg =1.013×105Pa 3. 温度： 物体冷热程度的量度 （反映分子热运动剧烈程度的量） 热力学温标： T= t +273.15 K
概念 >平衡态:一个孤立系统,宏观状态参量都不随时间 变化的状态。(热动平衡) 宏观上各量均不变,而微观上分子热运动永不停息 >平衡过程:在过程进行的每一时刻,系统都无限的 接近平衡态。(准静态过程) 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 4 概念 ➢ 平衡态： （热动平衡） 一个孤立系统，宏观状态参量都不随时间 变化的状态。 在过程进行的每一时刻，系统都无限的 接近平衡态。 宏观上各量均不变，而微观上分子热运动永不停息。 1 2 1 2 ➢ 平衡过程： （准静态过程）
说明 (1)平衡(准静态)过程是一个无摩擦的、无限缓慢进行的理 想化过程; (2)除一些进行得极快的过程(如P 爆炸过程)外,大多数情况下 都可以把实际过程看成是准静 态过程 (3)准静态过程在状态图上可用一条 曲线表示,如图 图中每一个点代表一个平衡态,每 条曲线代表一个平衡过程。 第十二章气体动理论 5
第十二章 气体动理论 5 说明 (1) 平衡（准静态）过程是一个无摩擦的、无限缓慢进行的理 想化过程； (3) 准静态过程在状态图上可用一条 曲线表示, 如图. (2) 除一些进行得极快的过程（如 爆炸过程）外，大多数情况下 都可以把实际过程看成是准静 态过程； O V p 图中每一个点代表一个平衡态，每 一条曲线代表一个平衡过程
概念 >理想气体状态方程: 1.理想气体:任何情况下严格符合气体的3个实验 定律。(理想化模型) 玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律 2.理想气体状态方程:(克拉珀龙方程) P RT=VRT P=nkt ol m气体质量Mm气体摩尔质量 气体摩尔数 R—摩尔气体常量。R=8.31J/molk 单位体积分子数 K=RN破耳兹曼常数。K=138×102J/K N阿佛加德罗常数。N=6.022×103mol 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 6 ➢ 理想气体状态方程： 1. 理想气体： 玻意耳定律、查理定律、盖－吕萨克定律 2. 理想气体状态方程： 任何情况下严格符合气体的3个实验 定律。（理想化模型） （克拉珀龙方程） = mol m PV RT M 概念 =RT P nKT = R——摩尔气体常量。 R=8.31J/mol.k N0——阿佛加德罗常数。 N0=6.022×1023/mol K＝R/N0——玻耳兹曼常数。 K=1.38×10-23J/K m——气体质量 Mmol——气体摩尔质量 ν——气体摩尔数 n——单位体积分子数
第十二章气体动理论 §12-1分子运动的基本概念 512-2气体分子的热运动 512-3统计规律的特征 512-4理想气体的压强公式 512-5麦克斯韦速率分布律 §12-6温度的微观本质 §12-7能量均分定理 §12-8玻耳兹曼分布律 §12-10气体分子的碰撞和平均自由程 第十二章气体动理论 7
第十二章 气体动理论 7 §12-1 分子运动的基本概念 §12-2 气体分子的热运动 §12-3 统计规律的特征 §12-5 麦克斯韦速率分布律 §12-6 温度的微观本质 §12-4 理想气体的压强公式 第十二章 气体动理论 §12-7 能量均分定理 §12-8 玻耳兹曼分布律 §12-10 气体分子的碰撞和平均自由程
5122气体分子的热运动 分子热运动特征 永恒的运动、频繁的碰撞 (1)在惯性支配下的自由运动。 (2)分子间频繁的碰撞(每秒几十亿次) 分子迁移的很慢(如香水分子的扩散) 这是作无规则热运动的分子频繁碰撞的结果。 (3)单个分子:偶然的、无序的,其运动遵守力学规律 整体:大量分子的热运动在整体上遵从确定的统 计规律。 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 8 一、分子热运动特征 (1) 在惯性支配下的自由运动。 永恒的运动、频繁的碰撞 (2) 分子间频繁的碰撞 (3) 单个分子：偶然的、无序的，其运动遵守力学规律 §12-2 气体分子的热运动 （每秒几十亿次） 分子迁移的很慢（如香水分子的扩散） ——这是作无规则热运动的分子频繁碰撞的结果。 整体： 大量分子的热运动在整体上遵从确定的统 计规律
二、统计规律的特征 统计规律性大量偶然事件总体上所具有的确定的规 律性。(与机械运动有着本质的区别) 1.研究对象:大量偶然事件组成的整体 2统计平均值M=N4M4+NaMa+ N=M+Nn+ (大量的) 如: △NU N N ADdN N N 第十二章气体动理论
第十二章 气体动理论 9 1. 研究对象：大量偶然事件组成的整体 2. 统计平均值 二、 统计规律的特征 统计规律性——大量偶然事件总体上所具有的确定的规 律性。（与机械运动有着本质的区别） N N M N M M A A + B B + = = + + N NA NB （大量的） 如： x dN N = i ix v i x N N = v v i i N N = 2 ix 2 x v v dN N = 2 vx 1 2 2 = i i i N N 1 2 ( ) 2 dN N =
3.概率的概念 状态出现的概率WA=im(M/N) 4.归一化概念 把所有可能出现的状态的概率相加,其和应为1。 W=1归一化条件 5.涨落 由于微观状态千变万化,任一时刻统计平均值和实 际测量值之间永远存在偏差,这种相对统计平均值出现 偏差的现象即为涨落。 涨落是统计规律的一个重要特点。 统计规律必然伴随着涨落。 第十二章气体动理论 10
第十二章 气体动理论 10 3. 概率的概念 状态A出现的概率 W lim(N N ) A N A → = 4. 归一化概念 把所有可能出现的状态的概率相加，其和应为1。 =1 ——归一化条件 i Wi 5. 涨落 由于微观状态千变万化，任一时刻统计平均值和实 际测量值之间永远存在偏差，这种相对统计平均值出现 偏差的现象即为涨落。 涨落是统计规律的一个重要特点。 统计规律必然伴随着涨落