物理-82 理想气体的压强和温度-精品文档整理.ppt

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1、8.2 理想气体的压强和温度理想气体的压强和温度 8.2.1 理想气体的微观假设理想气体的微观假设 8.2.2 统计平均值统计平均值 8.2.3 理想气体的压强理想气体的压强 8.2.4 理想气体的温度理想气体的温度 压强：压强：单位面积受到的正压力单位面积受到的正压力【演示实验演示实验】气体压强模拟气体压强模拟 大量分子频繁撞击器壁，大量分子频繁撞击器壁，单位面积器壁所受单位面积器壁所受分子撞击力的统计平均值，就是气体的压强。分子撞击力的统计平均值，就是气体的压强。 密集雨点对雨伞密集雨点对雨伞的冲击力的冲击力大量气体分子对器壁持续不大量气体分子对器壁持续不断的碰撞产生压力断的碰撞产生压力气

2、体分子气体分子器器壁壁压强的产生压强的产生 单个分子碰撞器壁的作用力是不连续的、偶然的、不均匀单个分子碰撞器壁的作用力是不连续的、偶然的、不均匀的。从总的效果上来看，一个持续的平均作用力。的。从总的效果上来看，一个持续的平均作用力。单个分子单个分子平均效果平均效果 8.2.1 理想气体的微观假设理想气体的微观假设1. 分子模型分子模型（1）分子的大小比分子间平均距离小很多，把）分子的大小比分子间平均距离小很多，把分子看成质点；分子看成质点；（2）除短暂的碰撞瞬间外，分子间及分子与器）除短暂的碰撞瞬间外，分子间及分子与器壁间没有相互作用力；壁间没有相互作用力；（3）分子与器壁之间的碰撞是弹性的；

3、）分子与器壁之间的碰撞是弹性的；（4）分子的运动服从牛顿力学规律。）分子的运动服从牛顿力学规律。2. 统计假设统计假设（1）无外力场，分子按空间位置均匀分布；）无外力场，分子按空间位置均匀分布；（2）宏观上气体和器壁都静止，）宏观上气体和器壁都静止，分子向各个方分子向各个方向运动的概率（可能性）相等。向运动的概率（可能性）相等。 平衡态：分子向前、后、左、右、上、下运平衡态：分子向前、后、左、右、上、下运动的分子各占总数的动的分子各占总数的1/6。 统计意义下的假设统计意义下的假设对大量分子对大量分子处于平衡态处于平衡态8.2.2 统计平均值统计平均值 设设N个分子组成的系统，处于某一状态。如

4、个分子组成的系统，处于某一状态。如果在这果在这N个分子中，有个分子中，有N1个分子的物理量个分子的物理量W取值取值为为W1，N2个分子的取值为个分子的取值为W2，则物理量，则物理量W的算术平均值的算术平均值 iiiWNNNWNWNW2211 一般一般 与与N的依赖关系随的依赖关系随N增大而减弱。当增大而减弱。当N增大到增大到 与与N无关时，就把无关时，就把 称为物理量称为物理量W在该在该状态上的状态上的统计平均值统计平均值。WWW 在一定宏观条件下，对系统某一物理量的某在一定宏观条件下，对系统某一物理量的某一次测量值并不一定等于它的统计平均值一次测量值并不一定等于它的统计平均值 只有当分子数只

5、有当分子数N很大时，涨落相对统计平均很大时，涨落相对统计平均值很小，才能用统计平均值代表宏观测量值。值很小，才能用统计平均值代表宏观测量值。若若N很小，涨落很显著，平均值失去确切意义。很小，涨落很显著，平均值失去确切意义。 在直角坐标系中，分子在三个坐标轴上的在直角坐标系中，分子在三个坐标轴上的速速度分量平方度分量平方的统计平均值的统计平均值 ,22Nvviixx,22NvviiyyNvviizz22 围绕统计平均值的涨落围绕统计平均值的涨落 如果系统处于平衡态，分子向各个方向运动如果系统处于平衡态，分子向各个方向运动的概率相等：的概率相等：222zyxvvvNvNvNvNviiiiziiyi

6、ix22222222iiziyixvvvv因因 ，则有，则有2222vvvvzyx222231vvvvzyx222231vvvvzyx分子的平均平动动能：分子的平均平动动能： 2t21vm,212txxvm,212tyyvm2t21zzvmtttt31zyx 平衡态气体分子沿平衡态气体分子沿x、y、z三个方向的平均平三个方向的平均平动动能相等，等于分子平均平动动能的动动能相等，等于分子平均平动动能的1/3。8.2.3 理想气体的压强理想气体的压强 忽略重力，容器忽略重力，容器内压强处处相等。内压强处处相等。只要导出容器只要导出容器A面面所受压强，就得到所受压强，就得到气体的压强。气体的压强。

7、第第i个分子撞击个分子撞击A面，碰撞是弹性的，分子以面，碰撞是弹性的，分子以原速弹回，原速弹回，A面受分子面受分子冲量冲量为为 。ixmv2第第i个分子在个分子在t时间内撞击时间内撞击A面的次数：面的次数：02xtvKixA面受到第面受到第i个分子的冲量：个分子的冲量：022xtmvKmvIixixiA面受到容器内所有分子的冲量：面受到容器内所有分子的冲量： 2020 xiixiivxtNmvxtmII把把 I 除以除以t 和和面积，就得到面积，就得到气体的压强：气体的压强： 2220000031vnmvnmvzyxmNztyIpxxt32np 把宏观量把宏观量p与微观量的统计平均值联系起与微

8、观量的统计平均值联系起来。压强具有统计的性质，它对大量的气体分来。压强具有统计的性质，它对大量的气体分子才有确切的意义。子才有确切的意义。t32np 8.2.4 理想气体的温度理想气体的温度nkTp t32np 把把 与与 作对比，得作对比，得,23212tkTvmkTzyx21ttt 平衡态气体分子沿平衡态气体分子沿x、y、z三个方向的平均三个方向的平均平动动能等于平动动能等于kT/2。 除平动外，多原子分子还有转动，分子中的除平动外，多原子分子还有转动，分子中的原子还有振动。后面会看到，分子的平均转动原子还有振动。后面会看到，分子的平均转动动能、平均振动能也都与动能、平均振动能也都与kT成

9、正比。成正比。 温度的微观意义：温度的微观意义：温度反映了系统内部分子温度反映了系统内部分子热运动的激烈程度热运动的激烈程度 温度的热力学定义：温度的热力学定义：把两个系统用导热壁把两个系统用导热壁（如薄金属板）隔开，足够长时间后，状态不（如薄金属板）隔开，足够长时间后，状态不再发生变化，达到热平衡。再发生变化，达到热平衡。达到热平衡的两个系统具有相同的温度达到热平衡的两个系统具有相同的温度 温度测量的一个依据温度测量的一个依据*8.2.5 光子气体的压强光子气体的压强 辐射场辐射场 辐射场可以看成由各种频率的光子组成的气辐射场可以看成由各种频率的光子组成的气体，体，当辐射场与空腔内壁达到热平

10、衡时，光子当辐射场与空腔内壁达到热平衡时，光子气体就可以看成平衡态理想气体。气体就可以看成平衡态理想气体。 辐射：辐射：物体以电磁波的形式物体以电磁波的形式向外发射能量的过程向外发射能量的过程 热运动引起空腔内壁原子间热运动引起空腔内壁原子间的碰撞使原子激发到较高能级，的碰撞使原子激发到较高能级，再跃迁到较低能级就会辐射电磁再跃迁到较低能级就会辐射电磁波，在空腔内形成辐射场。波，在空腔内形成辐射场。223131cmnvmnp231cmnppncmnnn31312nw 光子气体的能量密度：光子气体的能量密度： wp31 平衡态光子气体的压强（辐射压强）等于其平衡态光子气体的压强（辐射压强）等于其能量密度的能量密度的1/3。