热学第二章气体分子运动论幻灯片.ppt

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1、热学第二章气体分子运动论第1页，共62页，编辑于2022年，星期日什么叫统计规律？什么叫统计规律？在一定的宏观条件下在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上表现出确定的大量偶然事件在整体上表现出确定的规律规律统计规律必然伴随着统计规律必然伴随着涨落涨落什么叫涨落？什么叫涨落？对统计规律的偏离现象对统计规律的偏离现象涨落有时大涨落有时大 有时小有时小 有时正有时正 有时负有时负结论：结论：分子数愈多分子数愈多 涨落的百分比愈小涨落的百分比愈小 模式：假设模式：假设 建模建模 结论结论 验证验证 修正修正 理论理论第2页，共62页，编辑于2022年，星期日 1.2 理想气体的压强理想气体的压强一、

2、一、理想气体微观模型理想气体微观模型 1.1.对单个分子的力学性质的假设对单个分子的力学性质的假设分子当作质点（分子的线度分子当作质点（分子的线度T1T vp f(vp)温度升高时，曲线变温度升高时，曲线变的平坦，并向高速区的平坦，并向高速区域扩展域扩展第43页，共62页，编辑于2022年，星期日 o相同温度时不同相同温度时不同种类分子的速率种类分子的速率分布。分布。M2M1麦克斯韦速率分布定律是一个统计规律麦克斯韦速率分布定律是一个统计规律第44页，共62页，编辑于2022年，星期日 平均速率平均速率 v:方均根方均根速率速率 :第45页，共62页，编辑于2022年，星期日讨论分子的平均平动

3、动能讨论分子的平均平动动能讨论分子的碰撞问题讨论分子的碰撞问题讨论分子的速率分布问题讨论分子的速率分布问题第46页，共62页，编辑于2022年，星期日f(vp2)T2(MM2)vP2f(vp3)f(vp1)T1(MM1)f(v)vvp3T3(MM3)vP1a.同种气体同种气体(MM1=MM2=MM3）b.同一温度同一温度（T3=T2=T1）T3T2T1则则MM1 MM2MM3第47页，共62页，编辑于2022年，星期日单位速率间隔内的分子数单位速率间隔内的分子数占总分子数的百分比占总分子数的百分比间隔内的分子数占间隔内的分子数占总分子数的百分比总分子数的百分比分子速率在分子速率在附近附近分子速

4、率在分子速率在1）f(v)的意义的意义讨论讨论第48页，共62页，编辑于2022年，星期日间隔内的分子数间隔内的分子数归一性质归一性质分子速率在分子速率在2）f(v)的性质的性质第49页，共62页，编辑于2022年，星期日曲线下面积恒为曲线下面积恒为1几何意义几何意义o作业作业:2.2;2.9;2.14;第50页，共62页，编辑于2022年，星期日例：曲线分别表示了氢气和氦气在同一温度例：曲线分别表示了氢气和氦气在同一温度下的麦氏分布，下的麦氏分布，=1000m/s第51页，共62页，编辑于2022年，星期日例：用总分子数例：用总分子数N、气体分子速率、气体分子速率v 和速率分布函数和速率分布

5、函数 f(v)，表达下列各量。，表达下列各量。1.的分子数的分子数3.的分子平均速率的分子平均速率2.一分子一分子 的概率的概率第52页，共62页，编辑于2022年，星期日例.麦克斯韦速率分布曲麦克斯韦速率分布曲线如图所示线如图所示,图中图中A、B两部分面积相等两部分面积相等,则该则该图表示图表示:D (A)v0为最可几速率为最可几速率.(B)v0为平均速率为平均速率.(C)v0为方均根速率为方均根速率.(D)速率大于和小于速率大于和小于v0的分子数各一半的分子数各一半.第53页，共62页，编辑于2022年，星期日 2.9气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程一个分子连续两次碰撞之间经一个分

6、子连续两次碰撞之间经历的平均自由路程历的平均自由路程一个分子单位时间里受到平均一个分子单位时间里受到平均碰撞次数碰撞次数一、平均自由程和平均碰撞频率一、平均自由程和平均碰撞频率平均自由程平均自由程 平均碰撞频率平均碰撞频率Z Z =Zv二、二、Z和和 关系关系第54页，共62页，编辑于2022年，星期日三、平均碰撞频率三、平均碰撞频率Z 的统计规律的统计规律设分子设分子 A 以相以相对对平均平均速率速率 u 运动，其它分运动，其它分子可设为静止子可设为静止运动方向上，以运动方向上，以 分分子直径子直径d 为半径的为半径的圆柱体内的分子都将圆柱体内的分子都将与分子与分子A 碰撞碰撞该圆柱体的截面

7、积该圆柱体的截面积 就叫就叫 碰撞截面碰撞截面:=d 2A ddduuZ=n u 平均碰撞频率平均碰撞频率单位时间内分子单位时间内分子 A 走走 u，相应的圆柱体体积为，相应的圆柱体体积为 u ，则则第55页，共62页，编辑于2022年，星期日Z=n u 统计理论可计算统计理论可计算平均自由程：平均自由程：第56页，共62页，编辑于2022年，星期日标准状态下标准状态下 6.9 10-8 m，Z 6.5 10 9/s如：对空气分子如：对空气分子 d 3.5 10-10 m每秒钟碰撞几十亿次每秒钟碰撞几十亿次在标准状态下，多数气体平均自由程在标准状态下，多数气体平均自由程 10-8m，只有，只有

8、氢气约为氢气约为10-7m。一般。一般d10-10m，故，故 d。第57页，共62页，编辑于2022年，星期日作业作业:2.3;2.6;2.22;2.23;2.24P P7575表表2.4 02.4 0不同压强下空气分子的平均不同压强下空气分子的平均自由程自由程气体容器线度小于平均自由程计算值时，实际平均气体容器线度小于平均自由程计算值时，实际平均自由程就是容器线度的大小，即自由程就是容器线度的大小，即 =容器线度。容器线度。第58页，共62页，编辑于2022年，星期日例.已知空气分子的有效直径已知空气分子的有效直径d=3.510-10m,空空气分子的摩尔质量为气分子的摩尔质量为 m=29 1

9、0-3 kg/mol,计算空气分子在标准状态下的几个物理量。计算空气分子在标准状态下的几个物理量。(1)单位体积分子数单位体积分子数 n=?(2)平均速率平均速率(3)平均碰撞频率平均碰撞频率(4)平均自由程平均自由程(5)平均平动动能平均平动动能第59页，共62页，编辑于2022年，星期日(2)平均速率平均速率(3)平均碰撞频率平均碰撞频率第60页，共62页，编辑于2022年，星期日(4)平均自由程平均自由程(5)平均平动动能平均平动动能第61页，共62页，编辑于2022年，星期日yxz自由度数自由度数单原子分子：单原子分子：3个个双原子分子：双原子分子：5个个多原子分子：多原子分子：6个个质心质心第62页，共62页，编辑于2022年，星期日