气体分子动理论 (2)优秀课件.ppt

气体分子动理论气体分子动理论第1页，本讲稿共22页分子物理学：从物质的微观结构出发，认为物分子物理学：从物质的微观结构出发，认为物质的宏观性质是大量分子无规则的运动的平均质的宏观性质是大量分子无规则的运动的平均效果，用统计的方法研究物体的宏观性质。效果，用统计的方法研究物体的宏观性质。热力学：由观察和实验总结出的基本规律，热力学：由观察和实验总结出的基本规律，用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质及用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质及宏观过程进行的方向和限度。宏观过程进行的方向和限度。宏观量：描述热力学系统的状态和属性的物理宏观量：描述热力学系统的状态和属性的物理量（如：体积、压强、温度等）。量（如：体积、压强、温度等）。热学热学第2页，本讲稿共22页对于由大量对于由大量分子组成的热分子组成的热力学系统从微力学系统从微观上加以研究观上加以研究时，必须用统时，必须用统计的方法。计的方法。.小球在伽尔顿小球在伽尔顿板中的分布规律。板中的分布规律。第3页，本讲稿共22页统计规律统计规律统计规律统计规律 当小球数当小球数 N 足够大时小球的分布具有足够大时小球的分布具有统计规律。统计规律。设 为第 格中的粒子数。概率概率概率概率 粒子在第粒子在第 格中格中出现的可能性大小。出现的可能性大小。归一化条件归一化条件.粒子总数第4页，本讲稿共22页8.1 8.1 气体分子动理论的基本概念气体分子动理论的基本概念8.1.1 8.1.1 气体的分子构成气体的分子构成气体的分子构成气体的分子构成（1）宏观气体是由大量微粒（分子）组成的。）宏观气体是由大量微粒（分子）组成的。1 mol宏观气体含有宏观气体含有6.0231023个分子。个分子。（2）气体内的分子在不停地运动着，这种运动是无）气体内的分子在不停地运动着，这种运动是无规则的，其剧烈程度与规则的，其剧烈程度与 物体的温度有关（扩散物体的温度有关（扩散 现象和布朗运动）。现象和布朗运动）。（3）分子间有相互作用力。）分子间有相互作用力。第5页，本讲稿共22页8.1.2 8.1.2 宏观状态参量宏观状态参量宏观状态参量宏观状态参量压强：作用在容器壁单位面积上的垂直作用力，是压强：作用在容器壁单位面积上的垂直作用力，是气体分子对器壁碰撞的具体表现。气体分子对器壁碰撞的具体表现。8.1.3 8.1.3 平衡态平衡态平衡态平衡态在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态。变化的状态称为平衡态。温度：反映了物质内部分子运动的剧烈程度。温度：反映了物质内部分子运动的剧烈程度。体积：气体分子所能到达的空间。体积：气体分子所能到达的空间。第6页，本讲稿共22页说明说明：（1）不受外界影响是指外界对系统既不做功又不传热。）不受外界影响是指外界对系统既不做功又不传热。（2）从微观看，在平衡态下，组成系统的分子仍在不）从微观看，在平衡态下，组成系统的分子仍在不停地运动着，只不过分子运动的平均效果不随时停地运动着，只不过分子运动的平均效果不随时间改变，而这种平均效果在宏观上就表现为系统间改变，而这种平均效果在宏观上就表现为系统达到了平衡态。通常把这种平衡叫热动平衡。达到了平衡态。通常把这种平衡叫热动平衡。（3）处在平衡态的气体才能有确定的状态参量。）处在平衡态的气体才能有确定的状态参量。第7页，本讲稿共22页8.1.4 8.1.4 理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体理想气体：严格遵守（玻：严格遵守（玻.盖盖.查和阿）定律的气体。查和阿）定律的气体。M：气体的质量，单位：气体的质量，单位kgMmol：气体的摩尔质量，单位：气体的摩尔质量，单位kgmol-1R：普适气体常量，：普适气体常量，R=8.31 Jmol-1K-1：气体的摩尔数：气体的摩尔数第8页，本讲稿共22页设气体的质量为设气体的质量为M，总分子数为，总分子数为N，一个分子的质量为，一个分子的质量为m，有：，有：说明说明：（：（1）理想气体的状态方程只适用平衡态。）理想气体的状态方程只适用平衡态。（2）理想气体的状态方程的另一表示：）理想气体的状态方程的另一表示：分子数密度分子数密度玻耳兹曼常量玻耳兹曼常量第9页，本讲稿共22页8.2 8.2 分子热运动的统计假设及气体分子的速率分布律分子热运动的统计假设及气体分子的速率分布律 8.2.1 8.2.1 测定气体分子速率分布的实验测定气体分子速率分布的实验测定气体分子速率分布的实验测定气体分子速率分布的实验实验装置实验装置金属蒸汽显显示示屏屏狭缝接抽气泵第10页，本讲稿共22页1933年回国，先后在武汉大学、解放军第二军医大学任教，积极从事教学、科研工作。指导制成国内第一架脑电波直流放大器，装配成50万倍的场效应发射电子显微镜，并与一机部、上海照相器材厂等合作研制静电复印机。1984年加入中国共产党。1988年3月因病逝世。1921年毕业于南京高等师范工科，年毕业于南京高等师范工科，1929 年自费年自费赴美留学，在南加洲大学攻读物理，赴美留学，在南加洲大学攻读物理，1930年获硕士年获硕士学位后，入旧金山柏克莱加洲大学研究院攻读博士学位后，入旧金山柏克莱加洲大学研究院攻读博士学位，研究课题是学位，研究课题是“用分子束方法证明麦克斯韦用分子束方法证明麦克斯韦波波尔兹曼分子速率分布定律实验尔兹曼分子速率分布定律实验”，1933年完成重要学年完成重要学术论文术论文用分子束方法证明麦克斯韦用分子束方法证明麦克斯韦波尔兹曼分子速率波尔兹曼分子速率分布定律，并测定双原子的铋分子的分解热分布定律，并测定双原子的铋分子的分解热获物理学博获物理学博士及美国物理学会和数学学会金钥匙各一枚。士及美国物理学会和数学学会金钥匙各一枚。第11页，本讲稿共22页分子速率分布图分子速率分布图：分子总数 为速率在 区间的分子数。表示速率在 区间的分子数占总数的百分比。第12页，本讲稿共22页8.2.2 8.2.2 分布函数分布函数分布函数分布函数表示速率在 区间的分子数占总分子数的百分比。归一化条件表示在温度为 的平衡状态下，速率在 附近单位速率区间的分子数占总数的百分比。物理意义第13页，本讲稿共22页速率位于 内分子数速率位于 区间的分子数速率位于 区间的分子数占总数的百分比第14页，本讲稿共22页麦氏分布函数8.2.3 8.2.3 麦克斯韦速率分布律麦克斯韦速率分布律麦克斯韦速率分布律麦克斯韦速率分布律反映理想气体在热动反映理想气体在热动平衡条件下，各速率区间平衡条件下，各速率区间分子数占总分子数的百分分子数占总分子数的百分比的规律。比的规律。第15页，本讲稿共22页8.2.4 8.2.4 三种特征速率三种特征速率三种特征速率三种特征速率 1.最概然速率 根据分布函数求得根据分布函数求得气体在一定温度下分布在最概然速率 附近单位速率间隔内的相对分子数最多。物理意义第16页，本讲稿共22页2.算术平均速率 第17页，本讲稿共22页 3.方均根速率 第18页，本讲稿共22页同一温度下不同气体同一温度下不同气体的速率分布的速率分布N2 分子在不同温度下分子在不同温度下的速率分布的速率分布第19页，本讲稿共22页例例1 N个假想的气体分子，其速率分布如图所示个假想的气体分子，其速率分布如图所示（当（当v2v0时，粒子数为零）。时，粒子数为零）。（1）由）由N 和和 v 求求a=?（2）求：速率在）求：速率在1.5v0到到2.0v0之间的分子数。之间的分子数。（3）求：分子的平均速率。）求：分子的平均速率。Nf(v)v02v0a0v第20页，本讲稿共22页解解：利用归一条件：第21页，本讲稿共22页第22页，本讲稿共22页