气体分子动理论的基本概念.ppt

第二章第二章 气体分子动理论气体分子动理论 的基本概念的基本概念2.1 物质的微观模型物质的微观模型2.2 理想气体的压强理想气体的压强2.3 温度的微观解释温度的微观解释分子运动论基本内容图析分子运动论基本内容图析基本理论和依基本理论和依据的主要事实据的主要事实一般物质的微观结构一般物质的微观结构(分子运动论的基本点分子运动论的基本点)分子力曲线和分子势能曲线的特性分子力曲线和分子势能曲线的特性理想气体微观结构和气体分子运动论的一般规律理想气体微观结构和气体分子运动论的一般规律等几率原理等几率原理对理想气体的对理想气体的初步应用初步应用理理论论的的验验证证压强的微观本质和压强的微观本质和压强公式的推导压强公式的推导能量公式和温度的意义能量公式和温度的意义2.1 2.1 物质的微观模型物质的微观模型（知道）（知道）1、宏观物体是由大量不连续的分子（或原子、离子）组成的、宏观物体是由大量不连续的分子（或原子、离子）组成的利用扫描隧道显微镜技利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成术把一个个原子排列成 IBM IBM 字母的照片字母的照片.现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大小以及它们在物现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大小以及它们在物体中的排列情况体中的排列情况,例如例如 X X 光分析仪光分析仪,电子显微镜电子显微镜,扫描隧道显扫描隧道显微镜等微镜等.对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时,必必须用统计的方法须用统计的方法.分子的数密度和线度分子的数密度和线度阿伏伽德罗常数：阿伏伽德罗常数：1mol物质所含的分子（或原子）的数目均相同物质所含的分子（或原子）的数目均相同 .例例 常温常压下常温常压下例例 标准状态下氧分子标准状态下氧分子直径直径 分子间距分子间距分子线度分子线度分子数密度（分子数密度（）：单位体积内的分子数目）：单位体积内的分子数目.、分子间存在相互作用的引力分子间存在相互作用的引力(如：压紧的铅块结合在如：压紧的铅块结合在一起，它们不易被拉开一起，它们不易被拉开)、分子间存在相互作用的斥力（如：固体和液体很难分子间存在相互作用的斥力（如：固体和液体很难被压缩）被压缩）.、分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带、分子间相互作用力是由原子内带正电的原子核和带负电的电子间相互作用而引起的负电的电子间相互作用而引起的分子间的引力和斥力分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力（分子力）合力（分子力）2、分子之间存在相互作用力分子之间存在相互作用力规律：（规律：（）悬浮的微粒越小，布朗运动越明显。）悬浮的微粒越小，布朗运动越明显。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到运动。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到运动。（）布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。）布朗运动随着温度的升高而愈加激烈。3、分子（或原子）总是处于永不停止的无规运动中、分子（或原子）总是处于永不停止的无规运动中.其运动的其运动的剧烈程度与物体的温度有关。剧烈程度与物体的温度有关。、布朗运动：一切悬浮在液体中的微小颗粒，都会做无休止、布朗运动：一切悬浮在液体中的微小颗粒，都会做无休止的不规则运动的不规则运动 当微粒足够小时，从各个方向冲击微粒的平均力互不平衡，微当微粒足够小时，从各个方向冲击微粒的平均力互不平衡，微粒向冲击作用较弱的方向运动。粒向冲击作用较弱的方向运动。由于各方向冲击力的平均值的由于各方向冲击力的平均值的大小均是无规则的，因而微粒运动的方向及运动的距离也无规大小均是无规则的，因而微粒运动的方向及运动的距离也无规则。则。所以，布朗运动并非分子的运动，但它能间接反映出液体所以，布朗运动并非分子的运动，但它能间接反映出液体（或气体）内分子运动的无规则性。（或气体）内分子运动的无规则性。按照分子无规运的假设，液体（或气体）内无规运动的分子按照分子无规运的假设，液体（或气体）内无规运动的分子不断地从四面八方冲击悬浮的微粒。在通常情况下，这些冲击不断地从四面八方冲击悬浮的微粒。在通常情况下，这些冲击力的平均值处处相等，相互平衡，因而观察不到布朗运动力的平均值处处相等，相互平衡，因而观察不到布朗运动。科学家们对这一奇异现象研究了科学家们对这一奇异现象研究了5050年都无法解释，直到年都无法解释，直到18771877年德耳索（年德耳索（DelsauxDelsaux）才正确地指出：）才正确地指出：这是由于微粒受到周围分子碰撞不平衡而引起的。这是由于微粒受到周围分子碰撞不平衡而引起的。从而为分子无规则运动的假设提供了十分有力的实验依据。从而为分子无规则运动的假设提供了十分有力的实验依据。分子无规则运动的假设认为，分子之间在作频繁的碰撞，分子无规则运动的假设认为，分子之间在作频繁的碰撞，每个分子运动方向和速率都在不断地改变。每个分子运动方向和速率都在不断地改变。任何时刻，在液体或气体内部各分子的运动速率有大有小，任何时刻，在液体或气体内部各分子的运动速率有大有小，运动方向各种各样。运动方向各种各样。、扩散现象、扩散现象 扩散现象和布朗运动都可以扩散现象和布朗运动都可以扩散现象和布朗运动都可以扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子在永不停息地做很好地证明分子在永不停息地做很好地证明分子在永不停息地做很好地证明分子在永不停息地做无规则热运动。无规则热运动。无规则热运动。无规则热运动。一、一、理想气体的微观模型理想气体的微观模型 三个基本观点三个基本观点 +以下几个假设以下几个假设&分子本身的线度，比起分子之间的距离来说可以忽略分子本身的线度，比起分子之间的距离来说可以忽略不计。可看作无体积大小的质点。不计。可看作无体积大小的质点。&除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用。除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用。&分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的，分子之间以及分子与器壁之间的碰撞是完全弹性的，即碰撞前后气体分子动能守恒。即碰撞前后气体分子动能守恒。2.2 2.2 理想气体的压强理想气体的压强二、二、对大量分子组成的气体系统的统计假设对大量分子组成的气体系统的统计假设（平衡态）（平衡态）1）理想气体分子理想气体分子是均匀分布（分子数密度相等）的。是均匀分布（分子数密度相等）的。2）在平衡状态下，理想气体在平衡状态下，理想气体分子沿各方向运动的分子沿各方向运动的概率概率相同。相同。分子沿各个方向运动的速度分量的各种平均值应该相等。分子沿各个方向运动的速度分量的各种平均值应该相等。分子运动速度分子运动速度三、理想气体的压强公式三、理想气体的压强公式三、理想气体的压强公式三、理想气体的压强公式（重（重（重（重点）点）点）点）v vi idtdtdSdSx x分子质量分子质量气体对容器壁的压强：气体对容器壁的压强：结论：结论：2)p 是大量分子碰撞器壁的平均结果，对单个分子或是大量分子碰撞器壁的平均结果，对单个分子或 少数分子，无压强可言。少数分子，无压强可言。讨论讨论一、温度的微观解释一、温度的微观解释（重点）（重点）理想气体的状态方程理想气体的状态方程 压强公式压强公式2.3 温度的微观解释温度的微观解释2 2、温度是描述热力学系统平衡态的一个宏观物理量、温度是描述热力学系统平衡态的一个宏观物理量3 3、温度是统计概念，只能反映大量分子的集体状态，讨论单、温度是统计概念，只能反映大量分子的集体状态，讨论单个分子的温度毫无意义。个分子的温度毫无意义。4 4、温度反映的是分子无规则的热运动，与分子整体运动无关。、温度反映的是分子无规则的热运动，与分子整体运动无关。1 1、分子热运动的平均平动动能只与温度有关。、分子热运动的平均平动动能只与温度有关。实验：实验：PerrinPerrin布朗运动证实温度均匀的液体中，不同悬浮微布朗运动证实温度均匀的液体中，不同悬浮微粒的平均平动动能相同粒的平均平动动能相同温温度度大大观观大爆炸后的宇宙温度大爆炸后的宇宙温度宇宙微波背景辐射（宇宙微波背景辐射（2.735K）稀释制冷稀释制冷宇宙宇宙He合成合成热核聚变温度（太阳中心温度）热核聚变温度（太阳中心温度）太阳表面温度（太阳表面温度（6000K）室温室温核自旋制冷核自旋制冷当代科学实验室里所能产生的温度当代科学实验室里所能产生的温度:现代科学对温度的认知范围现代科学对温度的认知范围:地球的平均温度为地球的平均温度为15150 0 C(288k),10 C(288k),109 9种生物得以生存种生物得以生存假如大气中假如大气中COCO2 2含量加倍含量加倍:则则:由于温室效应地球的平均温度将升高由于温室效应地球的平均温度将升高3 30 0C C海平面将上涨海平面将上涨2 25 5米米,可使农业减产可使农业减产25%,25%,迫使迫使1010亿人背井离乡亿人背井离乡.冰河期冰河期:平均温度仅下降平均温度仅下降10100 0C C左右左右,就使大批物种灭绝就使大批物种灭绝.可见可见,我们安乐的家园我们安乐的家园地球生物圈，在温度变化面前是地球生物圈，在温度变化面前是何等的脆弱何等的脆弱二、二、理想气体分子的方均根速率理想气体分子的方均根速率根据根据 和和 ，可得，可得是大量分子的速率平是大量分子的速率平方方平平均均值的平方值的平方根根，称为，称为方均根速率方均根速率。例如，例如，0时时常常见见的几种气体的方均根速率：的几种气体的方均根速率：氢气氢气氧气氧气氮气氮气空气空气气体气体例题例题2.1.若气体分子的平均平动动能等于若气体分子的平均平动动能等于1eV（电子伏特），问（电子伏特），问气体的温度为多少？当温度为气体的温度为多少？当温度为27C时，气体分子的平均平动动时，气体分子的平均平动动能为多少？能为多少？解：解：已知已知 由理想气体的温度公式得由理想气体的温度公式得 当温度为当温度为27C时，气体分子的平均平动动能为时，气体分子的平均平动动能为例例2.2.试计算试计算0C时氢分子的方均根速率。时氢分子的方均根速率。解：解：已知已知 则：则：n:单位体积内的分子数单位体积内的分子数三、对理想气体定律的推论三、对理想气体定律的推论1 1、阿伏伽德罗定律、阿伏伽德罗定律:.即即:在相同的温度和压强下在相同的温度和压强下,各种气体在相同的体积内所含的各种气体在相同的体积内所含的分子数相等分子数相等-阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律在标准状态下，即在标准状态下，即 时时任何气体在任何气体在1m3中含的分子数都等于中含的分子数都等于洛施密特常量洛施密特常量