热学第一章气体分子运动论幻灯片.ppt
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1、热学第一章气体分子运动论第1页,共53页,编辑于2022年,星期日大学物理课程教学要求本学期成绩采取:期末成绩=试卷成绩(占70%)+平日成绩(占30%)。有申请免听的同学,一定要有书面申请,由于平日不能出席,所以没有平日成绩,考试成绩按卷面成绩登录。第一次选修的学生不可以办理免听。学生请假要有学生所在学院副院长及以上领导的批准假条,辅导员的批准不可以。第2页,共53页,编辑于2022年,星期日第3页,共53页,编辑于2022年,星期日产生雾团的原因的什么?产生雾团的原因的什么?当打开一个装有香槟、苏打饮料或当打开一个装有香槟、苏打饮料或任何其他碳酸饮料的容器时,在开口周任何其他碳酸饮料的容器
2、时,在开口周围会形成一层细雾,并且一些液体会喷围会形成一层细雾,并且一些液体会喷溅出来。例如在照片中,白色的雾团是溅出来。例如在照片中,白色的雾团是环绕在塞子周围的,喷溅出的水在雾团环绕在塞子周围的,喷溅出的水在雾团里形成线条。里形成线条。第4页,共53页,编辑于2022年,星期日 热热 学学第5页,共53页,编辑于2022年,星期日目目 录录第第9章章 温度和气体动理论温度和气体动理论第第10章章 热力学第一定律热力学第一定律第第11章章 热力学第二定律热力学第二定律第6页,共53页,编辑于2022年,星期日 回回 顾顾 一一.热学的研究对象及内容热学的研究对象及内容 对象:对象:宏观物体(
3、大量分子原子系统)宏观物体(大量分子原子系统)或物体系或物体系 热力学系统热力学系统。内容:内容:与与热现象热现象有关的性质和规律。有关的性质和规律。外界外界系统系统外界外界例如汽缸:例如汽缸:第7页,共53页,编辑于2022年,星期日二二.热学的研究方法热学的研究方法 热力学热力学(thermodynamics)宏观基本实验规律宏观基本实验规律热现象规律热现象规律逻辑推理逻辑推理特点:特点:普遍性、可靠性。普遍性、可靠性。统计力学统计力学(statistical mechanics)对微观结构提出对微观结构提出模型、假设模型、假设统计方法统计方法热现象规律热现象规律特点:特点:可揭示本质,但
4、受模型局限。可揭示本质,但受模型局限。第8页,共53页,编辑于2022年,星期日 气体分子运动论和热力学都是研究热气体分子运动论和热力学都是研究热现象规律的,但两者的观点和采用的方法现象规律的,但两者的观点和采用的方法不同。气体分子运动论不同。气体分子运动论是根据物质分子结是根据物质分子结构,通过分子的微观运动采用统计方法建构,通过分子的微观运动采用统计方法建立宏观量与微观量之间的关系,立宏观量与微观量之间的关系,从而说从而说明物质宏观性质的本质。热力学则是明物质宏观性质的本质。热力学则是从能量的观点,以实验定律为基础处从能量的观点,以实验定律为基础处理热运动中宏观量之间的关系。理热运动中宏观
5、量之间的关系。第9页,共53页,编辑于2022年,星期日三三.几个概念几个概念1.平衡态平衡态(equilibrium state):):不随时间变化的状态不随时间变化的状态(动平衡)。(动平衡)。系统的宏观性质系统的宏观性质在不受外界影响的条件下在不受外界影响的条件下形式的物质与能量交换),形式的物质与能量交换),(与外界无任何(与外界无任何要注意区分平衡态与稳定态。要注意区分平衡态与稳定态。平衡态平衡态T1T1热热库库(恒恒温温)系统系统稳定态稳定态T2热热库库热热库库T1(恒恒温温)(恒恒温温)系统系统第10页,共53页,编辑于2022年,星期日宏观量宏观量 描写单个微观粒子运动状态的物
6、理量描写单个微观粒子运动状态的物理量只能间接测量)。只能间接测量)。3.微观量微观量(microscopic quantity):):(一般(一般如分子的如分子的 2.宏观量宏观量(macroscopic quantity):):表征系统宏观性质的物理量(可直接测量)。表征系统宏观性质的物理量(可直接测量)。广延量(有累加性):如广延量(有累加性):如M、V、E 强度量(无累加性):如强度量(无累加性):如p、T 第11页,共53页,编辑于2022年,星期日 5.物态方程物态方程(equation of state):):态参量之间的函数关系:态参量之间的函数关系:4.物态参量(态参量)物态参
7、量(态参量)(state parameter):):描写平衡态的宏观物理量。描写平衡态的宏观物理量。如:气体的如:气体的 p、V、T一组态参量一组态参量一个平衡态一个平衡态描述描述对应对应理想气体物态方程:理想气体物态方程:第12页,共53页,编辑于2022年,星期日两系统两系统热接触热接触下,相当长时间下,相当长时间后达到的后达到的共同平衡态。共同平衡态。6.热热平衡态:平衡态:AB绝热壁绝热壁导热板导热板绝热壁绝热壁第13页,共53页,编辑于2022年,星期日7.温度温度(Temperature)需要在热学中加以定义。需要在热学中加以定义。态参量态参量 p、V、T 中,中,T 是热学特有的
8、物理量,是热学特有的物理量,实验表明:实验表明:则则A与与B必然热平衡必然热平衡“分别与第三个系统处于同一热平衡态的两分别与第三个系统处于同一热平衡态的两 热平衡定律(热力学第零定律)热平衡定律(热力学第零定律)个系统必然也处于热平衡。个系统必然也处于热平衡。”若若A与与C热平衡热平衡B也与也与C热平衡热平衡第14页,共53页,编辑于2022年,星期日 温度:温度:处于同一热平衡态下的热力学系统处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质。所具有的共同的宏观性质。平衡态的系统有相同的温度。平衡态的系统有相同的温度。统内部的热运动(对质心的运动)状态。统内部的热运动(对质心的运动)状态。
9、8.温标温标(temperature scales)在在 0.5K的范围适用(低压的范围适用(低压3He气)。气)。(1)理想气体温标:理想气体温标:温标:温标:温度的数值标度。温度的数值标度。一切处于同一热一切处于同一热温度取决于系温度取决于系用理想气体做测温物质的用理想气体做测温物质的温标,温标,单位:单位:K(Kelvin)。)。理想气体温标理想气体温标宇宙背景的温度为宇宙背景的温度为4K,4K,如何理解?如何理解?第15页,共53页,编辑于2022年,星期日T3为水的为水的三相点三相点(triple point)温度,规定温度,规定T3=273.16K一定质量的理想气体有规律:一定质量
10、的理想气体有规律:(2)热力学温标热力学温标T:性的温标,性的温标,不依赖测温物质及其测温属不依赖测温物质及其测温属于是有于是有想气体温标一致,想气体温标一致,单位:单位:K。在理想气体温标有效范围内与理在理想气体温标有效范围内与理第16页,共53页,编辑于2022年,星期日*4.华氏温标华氏温标 tF:3.摄氏温标摄氏温标 t:t =(T-273.15)t3=0.01与热力学温标的关系:与热力学温标的关系:水的三相点的摄氏温度为水的三相点的摄氏温度为第17页,共53页,编辑于2022年,星期日第第第第9 9章章章章温度和气体温度和气体温度和气体温度和气体 动理论动理论动理论动理论第18页,共
11、53页,编辑于2022年,星期日本章学习要点本章学习要点1.确切理解平衡状态和平衡过程。2.深刻理解理想气体状态方程的物理意义,并能熟练运用。3.掌握气体分子运动论的基本观点和理想气体的分子模型。4.掌握压强公式和温度公式,深刻理解压强和温度微观本质。5.深刻理解能量按自由度均分原理,熟练掌握理想气体内能的计算。第19页,共53页,编辑于2022年,星期日6.6.理解并掌握气体分子热运动的基本特理解并掌握气体分子热运动的基本特征,麦克斯韦速率分布规律、三种速率、征,麦克斯韦速率分布规律、三种速率、平均碰撞频率、平均自由程。平均碰撞频率、平均自由程。第20页,共53页,编辑于2022年,星期日第
12、一节第一节 理想气体状态方程理想气体状态方程第二节第二节 气体动理论的基本观点气体动理论的基本观点第三节第三节 压强公式、压强公式、温度公式温度公式第四节第四节 能量均分定理能量均分定理第五节第五节 麦克斯韦速率分布率麦克斯韦速率分布率第六节平均碰撞频率第六节平均碰撞频率.平均自由程平均自由程本章小结与习题课本章小结与习题课第21页,共53页,编辑于2022年,星期日第一节第一节第一节第一节理想气体状态理想气体状态理想气体状态理想气体状态方程方程方程方程第22页,共53页,编辑于2022年,星期日一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程 理想气体处于平衡态时,各状态参量之理想气体处于平衡态时,
13、各状态参量之间的关系间的关系1.什么是理想气体什么是理想气体 理想气体是一种理想化的模型,它的模理想气体是一种理想化的模型,它的模型有两种型有两种:宏观模型宏观模型温度不太低温度不太低压强不太高压强不太高第23页,共53页,编辑于2022年,星期日微观模型微观模型分子间的作用力不计分子间的作用力不计分子的体积不计分子的体积不计两种模型是等价的,两种模型是等价的,当气体的压强较低时,当气体的压强较低时,气体较稀薄,分子间的距离较大,则分子间气体较稀薄,分子间的距离较大,则分子间的作用力可忽略不计,且分子间的距离远远的作用力可忽略不计,且分子间的距离远远大于分子本身的线度,分子的体积也可忽略大于分
14、子本身的线度,分子的体积也可忽略不计。不计。2.什么是平衡态什么是平衡态 在外界条件一定的情况下,系统内部各在外界条件一定的情况下,系统内部各处均匀一致,宏观性质不随时间处均匀一致,宏观性质不随时间 t 改变。改变。第24页,共53页,编辑于2022年,星期日二、状态参量的含义二、状态参量的含义1.压强压强P 从力学角度描写气体状态的物理量。从力学角度描写气体状态的物理量。单位面积的压力。单位面积的压力。国际单位:国际单位:牛顿牛顿/米米2,Nm-2,帕(帕(Pa)1 Pa=1 Nm-2,常用单位:常用单位:大气压,大气压,atm第25页,共53页,编辑于2022年,星期日2.体积体积 V 从
15、几何角度描写气体状态的物理量。从几何角度描写气体状态的物理量。-气体分子气体分子活动的空间活动的空间体积。体积。对于对于理想气体理想气体分子大小不计,分子活动的分子大小不计,分子活动的空间体积就是空间体积就是容器的体积容器的体积。国际单位:国际单位:米米3,m3常用单位:常用单位:升,升,l第26页,共53页,编辑于2022年,星期日3.温度温度T 从热学角度描写气体状态的物理量。从热学角度描写气体状态的物理量。国际单位:国际单位:绝对温标绝对温标 T 开,开,k常用单位:常用单位:摄氏温标摄氏温标 t 度,度,4.摩尔数摩尔数气体质量气体质量摩尔质量摩尔质量单位:摩尔,单位:摩尔,mol第2
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