第17章温度和气体动理论PPT讲稿.ppt
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1、第17章 温度和气体动理论第1页,共59页,编辑于2022年,星期一本章主要内容本章主要内容 17-1 17-1 17-1 17-1 平衡态平衡态 17-217-217-217-2 温度的概念温度的概念 17-317-317-317-3 理想气体温标理想气体温标 17-417-417-417-4 理想气体状态方程理想气体状态方程 17-5 17-5 17-5 17-5 气体分子的无规则运动气体分子的无规则运动 17-617-617-617-6 理想气体的压强理想气体的压强 17-717-717-717-7 温度的温度的微观意义微观意义 17-817-817-817-8 能均分定理能均分定理 1
2、7-917-917-917-9 Maxwell速率分布律速率分布律 17-1017-1017-1017-10 Maxwell速率分布律的实验验证速率分布律的实验验证*17-1117-1117-1117-11 玻尔兹曼分布律玻尔兹曼分布律 17-1217-1217-1217-12 实际气体等温线实际气体等温线*17-1317-1317-1317-13 范德瓦耳斯方程范德瓦耳斯方程*17-1417-1417-1417-14 非平衡态非平衡态 输运过程输运过程第2页,共59页,编辑于2022年,星期一第十七章第十七章 温度和气体动理论温度和气体动理论研究物质的热现象的理论有两个分支,即研究物质的热现
3、象的理论有两个分支,即热力学热力学热力学热力学和和统计物理统计物理统计物理统计物理(统计力学)。(统计力学)。统计物理统计物理微观理论,用微观理论,用统计的方法统计的方法研究分子原子的运动及研究分子原子的运动及相互作用,由此说明物质(特别是气体)的宏观性质及其变化规相互作用,由此说明物质(特别是气体)的宏观性质及其变化规律。律。气体动理论气体动理论气体动理论气体动理论是统计力学中最基本的内容。是统计力学中最基本的内容。热力学热力学宏观理论,用实验的方法研究宏观热力学系统(特别宏观理论,用实验的方法研究宏观热力学系统(特别是气体)所遵循的基本规律,即热力学第一定律和热力学第二定律,具是气体)所遵
4、循的基本规律,即热力学第一定律和热力学第二定律,具有高度的普遍性。有高度的普遍性。本章先从宏观角度介绍平衡态本章先从宏观角度介绍平衡态,温度等热学基本概念,再讲温度等热学基本概念,再讲解气体动理论。解气体动理论。查看查看第3页,共59页,编辑于2022年,星期一17-1 17-1 平衡态平衡态Equilibrium State第4页,共59页,编辑于2022年,星期一 热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统在热学中,通常把与热现象相关的宏观物体称为在热学中,通常把与热现象相关的宏观物体称为热力学系热力学系热力学系热力学系统统统统。系统以外的物体称为系统以外的物体称为外界外界外界外界。描述宏观
5、系统状态的物理量称为描述宏观系统状态的物理量称为宏观量宏观量宏观量宏观量,也称为,也称为状态参量状态参量状态参量状态参量。如:气体的状态参量有如:气体的状态参量有压强压强、体积体积和和温度温度。宏观量与微观量宏观量与微观量宏观量与微观量宏观量与微观量描述分子原子运动状态的物理量称为描述分子原子运动状态的物理量称为微观量微观量微观量微观量。如:分子的运动速。如:分子的运动速率、动量、动能等。率、动量、动能等。宏观量往往相对稳定,而微观量相对随机;宏观量可以用微观量的统宏观量往往相对稳定,而微观量相对随机;宏观量可以用微观量的统计平均值来表示。计平均值来表示。第5页,共59页,编辑于2022年,星
6、期一气体的状态参量有气体的状态参量有压强压强、体积体积和和温度温度。定义:。定义:平衡态平衡态平衡态平衡态压强压强压强压强气体对单位面积容器壁的作用力。气体对单位面积容器壁的作用力。单位:单位:Pa体积体积体积体积气体占据空间(容器)的体积。气体占据空间(容器)的体积。单位:单位:m3温度的概念下节讨论温度的概念下节讨论平衡态平衡态平衡态平衡态在不受外界影响的条件下,一个系统的宏观性质在不受外界影响的条件下,一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。不随时间改变的状态。(如气体的压强、体积和温度不随时间变如气体的压强、体积和温度不随时间变)宏观稳定但微观运动不停息,且纷乱无规宏观稳定但微观运动不停
7、息,且纷乱无规动态动态平衡平衡平衡态是热学中一个十分重要的概念。平衡态是热学中一个十分重要的概念。大学物理课程中涉及的热学,主要是讨论气体大学物理课程中涉及的热学,主要是讨论气体(单一组分单一组分)在在平衡态下的性质及其变化规律。平衡态下的性质及其变化规律。第6页,共59页,编辑于2022年,星期一 气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程实验表明,气体处于平衡态时,三个状态参量实验表明,气体处于平衡态时,三个状态参量 p、V、T 中,只有中,只有两个是独立的,状态参量之间必定满足一个函数两个是独立的,状态参量之间必定满足一个函数气体的气体的状态方程状态方程状态方程状态方程。理
8、论上常用(理论上常用(p,V)来表示某平)来表示某平衡态的状态,因此可以用图上的实点衡态的状态,因此可以用图上的实点来代表确定的平衡态。来代表确定的平衡态。从一个平衡态到另一个平衡态的变化过程,称为从一个平衡态到另一个平衡态的变化过程,称为热力学过程热力学过程热力学过程热力学过程。.(p,V)第7页,共59页,编辑于2022年,星期一17-2 17-2 温度的概念温度的概念Concept of Temperature第8页,共59页,编辑于2022年,星期一压强和体积不是热学特有的物理量压强和体积不是热学特有的物理量(力学量和几何量)(力学量和几何量),而温,而温度是。度是。温度是平衡态的参量
9、,也是区别不同平衡态的重要标志。因此先引入温度是平衡态的参量,也是区别不同平衡态的重要标志。因此先引入热平衡概念:热平衡概念:热平衡的概念热平衡的概念热平衡的概念热平衡的概念两个原为孤立系统分别达到了平衡态,相互接触(容器的导热面两个原为孤立系统分别达到了平衡态,相互接触(容器的导热面接触,可相互交换能量)后,各自的状态会发生变化,经足够长时间接触,可相互交换能量)后,各自的状态会发生变化,经足够长时间又达到新的平衡态,称这两个系统处于又达到新的平衡态,称这两个系统处于热平衡热平衡热平衡热平衡。抽去绝热隔板抽去绝热隔板绝热板绝热板导热板导热板导热板导热板第9页,共59页,编辑于2022年,星期
10、一 热力学第零定律与温度热力学第零定律与温度热力学第零定律与温度热力学第零定律与温度定律定律定律定律:如果系统:如果系统A与系统与系统C处于热平衡,同时处于热平衡,同时B系统也与系统系统也与系统C处处于热平衡,则系统于热平衡,则系统A与系统与系统B也处于热平衡。也处于热平衡。定定律律表表明明,任任意意两两个个系系统统处处于于热热平平衡衡,意意味味着着它它们们具具有有某某种种共共同同热热力力学学性性质质,可可以以引引入入一一个个物物理理量量来来描描述述这这种种物物理理性性质质,即即:温温温温度度度度决决定定一一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质。个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质。说
11、明:说明:借助热力学第零定律引入温度概念,这是宏观上对借助热力学第零定律引入温度概念,这是宏观上对 温度的定性定义。其微观本质和分子的运动有关。温度的定性定义。其微观本质和分子的运动有关。处于热平衡的诸个系统具有相同的温度。处于热平衡的诸个系统具有相同的温度。温度的测量也是基于热力学第零定律实现的。选择温度的测量也是基于热力学第零定律实现的。选择 合适的系统作为标准,称为合适的系统作为标准,称为温度计温度计温度计温度计。测量时,使得。测量时,使得 温度计和待测系统达到热平衡。温度计和待测系统达到热平衡。第10页,共59页,编辑于2022年,星期一17-3 17-3 理想气体温标理想气体温标Te
12、mperature Scale of an Ideal Gas第11页,共59页,编辑于2022年,星期一为了对温度定量测量,就是用数值来表示温度。标定温度数值的方法为了对温度定量测量,就是用数值来表示温度。标定温度数值的方法称为称为温标温标温标温标。理想气体温标是其中的一种。理想气体温标是其中的一种。BoyleBoyle定律定律定律定律:当压强很小时,对于一定量气体,在温度不变的:当压强很小时,对于一定量气体,在温度不变的条件下,它的压强与体积的乘积是个常量,即条件下,它的压强与体积的乘积是个常量,即pV=常量常量(一定质量,一定质量,T 不变不变)BoyleBoyle(玻意尔)(玻意尔)(
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