热学1气动压强温度1资料.ppt
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1、第十七第十七章章 波动光学波动光学17-2 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验 双镜双镜 劳埃德镜劳埃德镜热学1气动压强温度1 热热 学学实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室2.近代热学的开端：近代热学的开端：18世纪世纪70年代年代19世纪世纪30年代：第一次工业革命年代：第一次工业革命蒸汽机广泛应用，为提高效率，促使人们研究热性质；蒸汽机广泛应用，为提高效率，促使人们研究热性质；1600年前后，伽利略制造了第一个测温器；年前后，伽利略制造了第一个测温器；1695年，博里奥制造了第一个水银温度计；年，博里奥制造了第一个水银温度计；1714年，华伦海特改良水银温度计，选定华氏温标
2、；年，华伦海特改良水银温度计，选定华氏温标；1742年，摄尔休斯引入百分刻度，选定摄氏温标；年，摄尔休斯引入百分刻度，选定摄氏温标；使热学能够进行定量研究使热学能够进行定量研究1842年：得出理想气体状态方程年：得出理想气体状态方程 热热 学学实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室3.对热的本性的认识：对热的本性的认识：热质说：热质说：热是由无重量的某种特殊物质组成，有高可塑热是由无重量的某种特殊物质组成，有高可塑性和贯穿性，弥漫于整个宇宙。性和贯穿性，弥漫于整个宇宙。运动说：运动说：热是组成物质的粒子的运动。热是组成物质的粒子的运动。否定热质说的实验：否定热质说的实验：18世纪
3、末，伦福德伯爵监督制造大炮，发现镗孔时金属世纪末，伦福德伯爵监督制造大炮，发现镗孔时金属温度升高；戴维用两块冰摩擦而熔解为水。温度升高；戴维用两块冰摩擦而熔解为水。热热 学学实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室统计物理（微观法）统计物理（微观法）从从物物质质的的微微观观结结构构出出发发，以以每每个个微微观观粒粒子子遵遵循循的的力力学学规规律律为为基基础础，利利用用统统计方法导出宏观的热学规律。计方法导出宏观的热学规律。热力学（宏观法）热力学（宏观法）由观察和实验总结出关于热现象的由观察和实验总结出关于热现象的宏观理论。（不对微观本质进行探讨）宏观理论。（不对微观本质进行探讨）热
4、热学学分分类类（研研究究方方法法）第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室5-1 5-1 热运动的描述理想气体状态方程热运动的描述理想气体状态方程一一.热力学系统与外界热力学系统与外界热力学系统：热力学系统：热力学研究的对象。热力学研究的对象。外外 界：界：热力学系统以外的物体。热力学系统以外的物体。第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室 二二.状态参量状态参量1.宏观量宏观量 从从整整体体上上描描述述系系统统的的状状态态量量，一一般般可可以以直直接测量。接测量。如如 M、E、P、V、T 等。等。宏观
5、量是微观量的统计平均值。宏观量是微观量的统计平均值。2.微观量微观量 描述系统内微观粒子的物理量。描述系统内微观粒子的物理量。如分子的如分子的质量质量m、直径直径 d、速度速度 、动量动量 、能量能量 等。等。第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室 三三.平衡态：平衡态：在在不不受受外外界界影影响响的的条条件件下下，系系统统的的宏宏观观性性质质不随时间改变的状态，称为平衡态。不随时间改变的状态，称为平衡态。1.气体平衡态的描述参量：气体平衡态的描述参量：P：SI单位：单位：Pa (1 Pa=1 N/m2)1 atm=1.013 105 PaT(热
6、力学温度热力学温度)：SI单位：单位：KV：SI单位：单位：m3t=T-273.15动态平衡动态平衡 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室2.气体平衡态特点：气体平衡态特点：气体内部气体内部P、T、n 处处相同。处处相同。3.热力学第零定律热力学第零定律AB导热板导热板由导热板隔开的两个系统由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时共同达到平衡态时 热平衡热平衡此时此时 TA=TB 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室AB绝热板绝热板导热板导热板C此时此时 TA=TC=TB 与第三个系统达到热平衡的
7、两个系统，互相之与第三个系统达到热平衡的两个系统，互相之间也达到热平衡。间也达到热平衡。热力学第零定律热力学第零定律 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室 四四.准静态过程（理想过程）准静态过程（理想过程）从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体气体活塞活塞砂子砂子12 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室五五.理想气体状态方程理想气体状态方程普适气体常量普适气体常量m气体质量气体质量 M气体摩
8、尔质量气体摩尔质量状态方程的另一形式：状态方程的另一形式：P=nkTn单位体积中的分子数单位体积中的分子数分子数密度分子数密度(m-3)k=R/NA=1.38 10-23J/K 玻尔兹曼玻尔兹曼(Boltzmann)常量常量 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室气体动理论是统计物理最简单的内容气体动理论是统计物理最简单的内容 宏观物体都是由宏观物体都是由大量大量不停息地运动着的、不停息地运动着的、彼此有相互作用的分子或原子组成彼此有相互作用的分子或原子组成.利用扫描隧道显利用扫描隧道显微镜技术把一个个原微镜技术把一个个原子排列成子排列成 IBM
9、 字母字母的照片的照片.对于由对于由大量大量分子组成的热力学分子组成的热力学系统系统从从微微观上加以研究时观上加以研究时,必须用必须用统计统计的方法的方法.5-2 5-2 分子热运动和统计规律分子热运动和统计规律第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室.小球在伽小球在伽尔顿板中的分尔顿板中的分布规律布规律.统计规律：统计规律：大量偶然事件大量偶然事件整体满足的规律。整体满足的规律。第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室5-3 5-3 理想气体的压强和温度公式理想气体的压强和温度公式一一.理想气体分子模
10、型理想气体分子模型分子本身线度分子本身线度分子间距分子间距；除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用；相互作用；碰撞是弹性的；碰撞是弹性的；分子的运动服从经典力学规律。分子的运动服从经典力学规律。(分子速度分子速度(102m/s)光速光速)第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室二二.分子集体的统计假设分子集体的统计假设分子的速度各不相同，且通过碰撞不断改变；分子的速度各不相同，且通过碰撞不断改变；平衡态时，分子速度按方向的分布是均匀的。平衡态时，分子速度按方向的分布是均匀的。平衡态时不计重力影响，分子按
11、位置的分布是平衡态时不计重力影响，分子按位置的分布是均匀的，即分子数密度到处一样；均匀的，即分子数密度到处一样；第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室三三.理想气体的压强理想气体的压强分子施于器壁的冲量分子施于器壁的冲量一个分子单位时间施于器壁的冲量一个分子单位时间施于器壁的冲量 x方向动量变化方向动量变化两次碰撞时间间隔两次碰撞时间间隔单位时间碰撞次数单位时间碰撞次数第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室 单位时间单位时间 N 个个粒子对器壁总冲量粒子对器壁总冲量 大量大量分子总效应分子总效应 单
12、个分子单位时单个分子单位时间施于器壁的冲量间施于器壁的冲量器壁器壁 所受平均冲力所受平均冲力 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室气体压强气体压强分子平均平动动能分子平均平动动能器壁器壁 所受平均冲力所受平均冲力 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室 统计关系式统计关系式压强的物理压强的物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量的统计平均值微观量的统计平均值 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.问问 为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞为何
13、在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞？对单个分子谈压强无意义对单个分子谈压强无意义微观量的统计平均值微观量的统计平均值宏观可测量量宏观可测量量第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室四四.温度的本质和统计意义温度的本质和统计意义P=nkT分子平均平动动能分子平均平动动能 第五章第五章 气体动理论气体动理论实实 验验 学学 院院 物物 理理 教教 研研 室室温度温度 T 的物理的物理意义意义 3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。相等。热热运动与运动与宏观宏观运动的运动的区别区别：温度所反：温度所
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