高二物理竞赛：温度、理想气体课件.pptx

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1、1温度和气体动理论温度和气体动理论17.17.1 1平衡态平衡态 一一.热力学系统热力学系统和外界和外界热力学系热力学系统统：（热力学研究的对：（热力学研究的对象象）：）：大量微观粒子（分子、原子等）大量微观粒子（分子、原子等）组组成的宏成的宏观观物体。物体。外界外界：热力学系统以外的物体。热力学系统以外的物体。，2二二.平衡态平衡态在不受外界影响的条件下在不受外界影响的条件下系统宏观性质均匀一致、不随系统宏观性质均匀一致、不随 时间变化的状态。时间变化的状态。平衡态是一种热动平衡平衡态是一种热动平衡 平衡态是一种理想状态平衡态是一种理想状态三、状态参量三、状态参量1.1. 宏观量宏观量平衡态

2、下描述宏观属性的相互独平衡态下描述宏观属性的相互独立立的物理的物理量量，一般一般可可以以直直接测量接测量。如如 压压强强 p、体、体积积 V、温、温度度 T 等。等。2.2. 微观量微观量描述系统内个别微观粒子特征的描述系统内个别微观粒子特征的物物理量，理量，一一般不能般不能直直接接测量测量。 如分子的质量如分子的质量、 直径、速度、动量、能直径、速度、动量、能量量 等。等。 气体的宏观量气体的宏观量是是 大量分子微观行为的统计平均表现大量分子微观行为的统计平均表现3例如：压强例如：压强体积体积大大量量分子对器壁的冲分子对器壁的冲力力 的平均效果的平均效果 所有分子能够达到的空间所有分子能够达

3、到的空间AB17.2.17.2.温度的概温度的概念念 处在相互热平衡状态的系统拥有处在相互热平衡状态的系统拥有某某一共一共同的宏观物理性质，这个性质称同的宏观物理性质，这个性质称为为温度温度. .ABA、B 两体系相互影两体系相互影响响, 达到达到 共共同的平衡同的平衡态态(热平衡热平衡)设设 A 和和B 分别与分别与C的同一状态热的同一状态热 平衡，平衡，则则A 和和 B 一定热一定热平衡平衡 热力学第零定律热力学第零定律4pV C等温等温 等容等容1.1.玻意耳玻意耳马略特定马略特定律律2.2.查理定律查理定律3.3.盖吕萨克定律盖吕萨克定律等压等压Tp CTV C理想气体的状态方程理想气

4、体的状态方程：pV RTR 8.31J mol 1 K 117.4 理想气体的状态方程理想气体的状态方程 理想气体理想气体： 严格遵守三定律的气体严格遵守三定律的气体玻尔兹曼玻尔兹曼常常量量 kMNANApVRT N R Tk R 1.38 10 23 J K 1N Am0Nm0 mRT pV NkT p nkT5M理想气体的状态方程理想气体的状态方程：pV mRTR 8.31J mol 1 K 1方程中三个变方程中三个变量量 p、 V、T , 只有两个是相只有两个是相 互独立的互独立的每个平衡态都每个平衡态都在在 p-V图上对应图上对应一个点一个点II ( p2 ,V2 ,T2 )p6oI

5、( p1 ,V1 ,T1 ) V17.17.5 5气体分子的无规则运动气体分子的无规则运动 一、分子热运动的图像一、分子热运动的图像分子热运动分子热运动：大量分子做大量分子做 永不停永不停息的无规则运动。息的无规则运动。二、分子热运动的基本特征二、分子热运动的基本特征1.1.无序性无序性某个分子的运动，是杂某个分子的运动，是杂乱无章的，无序的；乱无章的，无序的；各个分子之间的运动也各个分子之间的运动也 不相同，不相同，无序的；无序的；这正是热运动与机械运这正是热运动与机械运 动的本动的本质区别。质区别。72.2.统计性统计性从大量分子的整体的角度看，遵从大量分子的整体的角度看，遵从从一定的一定

6、的统统计规律。计规律。例如：例如：在平衡态下，在平衡态下，气体分子的空间分布，按密度来气体分子的空间分布，按密度来说说是均匀是均匀的的。 气体分气体分子向各个方向运动的机会子向各个方向运动的机会是是均等的。均等的。统计规律统计规律（3）总是伴随着涨落）总是伴随着涨落8大量偶然事件从整体上反映出来大量偶然事件从整体上反映出来的的一种规律一种规律 特点特点: :（1）只对大量偶然的事件只对大量偶然的事件才有意义才有意义（2）它是不同于）它是不同于 个体规律的整体个体规律的整体 规规律律三、自由三、自由程程 ：分子连续两次碰撞之间所自由走分子连续两次碰撞之间所自由走过过的路程的路程平平均均自由自由程

7、程 自由程的平均值自由程的平均值平均碰平均碰撞撞频频率率z :一秒钟内一个分子与其一秒钟内一个分子与其 它分子碰撞的平均次数它分子碰撞的平均次数 与与z 的的关关系系： z9uACBD2ddA长度长度为为u的圆管的圆管设分子的有效直径设分子的有效直径为为d，A分子以平均相分子以平均相对对速速率率u运动运动，其它分子都不动，其它分子都不动以以A分子运动路径（折线）为轴线，作一半径分子运动路径（折线）为轴线，作一半径为为d，总，总10凡是其中心位于管内的分凡是其中心位于管内的分子子(如如B、C分子分子) 都将与都将与A分子碰撞分子碰撞ABD2ddAC u单位时间单位时间内内A分子将与分子中心位于管

8、内的所有分子进分子将与分子中心位于管内的所有分子进 2 行碰撞，所以平均碰撞频率为行碰撞，所以平均碰撞频率为：z d 2un考虑到其它分子都在运动，经过精确考虑到其它分子都在运动，经过精确计计算，得算，得：u 分子分子平均碰撞频平均碰撞频率率为：为：zz 2 d 2 nv2nv d 212n d 2 kT112 p d 2 分子分子平均自由平均自由程程为为： v z 2nv d 212n d 2kT2 p d 2 分子分子平均自由平均自由程程为为： v 分子分子平均碰撞频平均碰撞频率率为：为：对空气分子对空气分子az标准状态下标准状态下： p 1.013 105 PT 273.15KV 22.

9、41 10 3 m 3 / mold 3.5 10 -10 m 200 .d 相相当当于于分分子子直直径径的的 200倍倍 6.9 10 8 m秒秒129 次次z 6.5 10每秒碰撞几十亿次每秒碰撞几十亿次kTn p 3.2 10171.1.分子数密分子数密度度 n2.2.平均自由程平均自由程 7.8m min( , l ) =10-2m12n d 2 分子有效直分子有效直径径: d=310-10m求求:1.分子数密分子数密度度 n2.平均自由程平均自由程T=27C注意：气体容器限度小于平均自注意：气体容器限度小于平均自由由程计算程计算值值时，时， 实际实际平均自由程就是容器限度的平均自由程

10、就是容器限度的大大小小 min( , l )例已知例已知: 真空管线真空管线度度 l =10-2m，真空度真空度:1.33 10-3pa13例例 如果理想气体如果理想气体的温度的温度保保持不变持不变，当压强当压强降降为原值的为原值的 一半时，分子一半时，分子的平均的平均自自由程成由程成为为原值原值的的 两两倍倍 .（A）压）压强强（B）体）体积积（C）温）温度度（D）z14例例一定量的理想一定量的理想气体盛气体盛于于容器中容器中，则该气则该气体体分分子子 热运动的平均热运动的平均自由程自由程仅仅取决于取决于（ B ）例例 下面说法是否下面说法是否正确正确？一个处于平衡一个处于平衡态的热态的热力力学系统学系统一一定处于定处于热热平衡状平衡状态态；不正确不正确