热学 -气动力理论-物态方程,压强公式,温度公式.ppt

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1、第二篇第二篇第二篇第二篇 热热热热 学学学学P.1/40第7章 气体动理论热学热学热力学热力学气体动理论气体动理论从现象中找规律从现象中找规律透过现象追本质透过现象追本质宏观规律宏观规律微观机制微观机制观察观察 记录记录 分析分析 总结总结建模建模 统计统计 理论理论 验证验证第第第第 七七七七 章章章章 气体动理论气体动理论气体动理论气体动理论P.3/40第7章 气体动理论微观量如何微观量如何导出宏观量导出宏观量?气体动理论是热学的微观理论气体动理论是热学的微观理论个别分子运动个别分子运动服从什么规律服从什么规律?系统状态用什么系统状态用什么量来描述量来描述?热力学第二定律热力学第二定律的统

2、计解释是什么的统计解释是什么?P.4/40第7章 气体动理论 7.1 7.1 热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统 平衡态平衡态平衡态平衡态 状态参量状态参量状态参量状态参量7.1.1 热力学系统热力学系统外界外界:系统以外的物体系统以外的物体.系统与外界可以相互作用系统与外界可以相互作用例如例如:热传递热传递,物质交换物质交换系系统统系统的分类系统的分类开放系统开放系统封闭系统封闭系统孤立系统孤立系统热力学系统热力学系统(系统系统):热力热力学研究的对象学研究的对象.宏观量宏观量:反映大量分子集体行为特征反映大量分子集体行为特征的物理量的物理量(温度温度,压强压强).微观量微观量:反映单

3、个分子行为特征的物反映单个分子行为特征的物理量理量(分子的直径分子的直径,质量质量,速率速率).宏观量是大量粒子运动的集体表现宏观量是大量粒子运动的集体表现,决定于微观量的统计平均值决定于微观量的统计平均值.第第7章章 气体动理论气体动理论P.5/40第7章 气体动理论7.1.2 平衡态平衡态平衡态平衡态:在不受外界影响的情况下在不受外界影响的情况下,系统的宏观性质不随时间变化系统的宏观性质不随时间变化,这种这种状态叫做平衡态状态叫做平衡态.气体气体真真空空平衡态平衡态*平衡态在平衡态在 p-V 图上对应一个点图上对应一个点注意注意:1.平衡态是理想状态平衡态是理想状态;3.不受外界的影响不受

4、外界的影响(孤立系统孤立系统),与稳与稳态不同态不同.2.动态平衡动态平衡;宏观量宏观量:反映大量分子集反映大量分子集体行为特征的物理量体行为特征的物理量.微观量微观量:反映单个分子行反映单个分子行为特征的物理量为特征的物理量.宏观量是大量粒子运动宏观量是大量粒子运动的集体表现的集体表现,决定于微决定于微观量的统计平均值观量的统计平均值.外界外界:系统以外的物体系统以外的物体热力学系统热力学系统(系统系统):热力学所研究的对象热力学所研究的对象.（P、V、T）弛豫弛豫P.6/40第7章 气体动理论7.1.3 状态参量状态参量压强压强 p:气体施加于器壁气体施加于器壁单位面积的正压力单位面积的正

5、压力 体积体积 V:气体分子能自由气体分子能自由活动的空间活动的空间1.状态参量状态参量:描写系统平描写系统平衡态的变量衡态的变量.A,B 两系统各自达到平衡两系统各自达到平衡态并用态并用绝热板绝热板隔开隔开 A,B 两系统用两系统用传热板传热板隔开隔开各自的平衡态被破坏各自的平衡态被破坏,最后最后达到共同的新的平衡状态达到共同的新的平衡状态,AB实现了实现了热平衡热平衡2.热平衡热平衡ABAB单位单位:米米3(m3)单位单位:帕斯卡帕斯卡(Pa)1Pa=1Nm-2 1atm=1.01325105Pa A AB BC CA AB B C C3.热力学第零定律热力学第零定律 设设 A 和和 B,

6、A 和和 C 分别达到热平分别达到热平衡衡,则则 B 和和 C 一定达到热平衡一定达到热平衡.温度温度 T:反映物体的冷热反映物体的冷热程度程度 P.7/40第7章 气体动理论4.温度与温标温度与温标温度温度:反映系统冷热程度的物理量反映系统冷热程度的物理量.温标温标:温度的标度表示法温度的标度表示法温度计温度计:用来测温度的量器用来测温度的量器A AB BC CA AB B C C摄氏温标摄氏温标:t,冰点为冰点为 0热力学热力学(开尔文开尔文)温标温标:单位单位 开尔文开尔文(K)3.热力学第零定律热力学第零定律2.热平衡热平衡 两系统相互接触两系统相互接触,经过足够时间经过足够时间,最后

7、最后达到共同的新的平衡达到共同的新的平衡状态状态,也叫也叫热动平衡热动平衡.如果两个系统分别如果两个系统分别与第三个系统达到热与第三个系统达到热平衡平衡,则这两个系统则这两个系统彼此也处于热平衡彼此也处于热平衡.以水的三相点作为定标点以水的三相点作为定标点(气态气态,液态液态,固态共存固态共存)P.8/40第7章 气体动理论 7.2 7.2 理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程对一定对一定量理想气体量理想气体标准状态标准状态:1摩尔理想气体摩尔理想气体:称为称为“摩尔气体常量摩尔气体常量”m 气体的质量气体的质量M 气体的摩尔质量气体的摩尔质量 摩尔数摩尔数

8、理理想气体想气体:任何情况下都遵任何情况下都遵守守“玻玻-马定律马定律”,“查理定查理定律律”,“盖盖吕定律吕定律”的气的气体体.理理想气体状态方程想气体状态方程:P.9/40第7章 气体动理论7.3 7.3 理想气体压强公式理想气体压强公式理想气体压强公式理想气体压强公式7.3.1 理想气体的微观模型理想气体的微观模型1.分子大小与分子间距分子大小与分子间距相比较可忽略相比较可忽略.质点质点2.分子间及分子与容器壁分子间及分子与容器壁之间只有碰撞之间只有碰撞,无其他相无其他相互作用互作用.自由质点自由质点3.碰撞是完全弹性的碰撞是完全弹性的.弹性质点弹性质点动量守恒动量守恒,动能守恒动能守恒

9、理想气体可以看成自由理想气体可以看成自由,无规则运动无规则运动的弹性质点系的弹性质点系:7.3.2 平衡态统计假设平衡态统计假设(等概率原理等概率原理)1.分子数密度处处相等分子数密度处处相等(均匀分布均匀分布).2.分子沿各个方向运动的概率相同分子沿各个方向运动的概率相同.任意时刻沿各向运动的分子数相任意时刻沿各向运动的分子数相同同.分子速度在各个方向分量的各种分子速度在各个方向分量的各种平均值相等平均值相等.理理想气体状态方程想气体状态方程：P.10/40第7章 气体动理论7.3.3 理想气体的压强公式理想气体的压强公式推导压强公式的要点推导压强公式的要点:1.气体压强是大量分子不断碰气体

10、压强是大量分子不断碰撞容器壁的结果撞容器壁的结果;7.3.1 理想气体的微观模型理想气体的微观模型自由自由,无规则运动的弹性质无规则运动的弹性质点系点系.7.3.2 平衡态统计假设平衡态统计假设(等概率原理等概率原理)1.分子数密度处处相等分子数密度处处相等.2.分子沿各向运动概率相同分子沿各向运动概率相同.压强公式的推导压强公式的推导:OA1与器壁弹性碰撞与器壁弹性碰撞3.单单个分子服从牛顿力学个分子服从牛顿力学;4.大量分子服从统计规律大量分子服从统计规律.2.压强等于单位时间内器壁的压强等于单位时间内器壁的单位面积上受到的平均冲量单位面积上受到的平均冲量;反向反向不变不变,ixiziyv

11、vv,P.11/40第7章 气体动理论压强公式的推导压强公式的推导:OA1与器壁弹性碰撞与器壁弹性碰撞单个分子对单个分子对A1面冲量的大小面冲量的大小A1连续被连续被碰撞碰撞2次的次的时间时间间隔间隔单位时间单位时间A1受的受的碰撞次数碰撞次数单位时间单位时间A1受的受的冲量冲量(冲力冲力)所有分子对所有分子对A1面的平均冲力面的平均冲力 平均平均冲冲力力=冲量冲量/时间时间反向反向不变不变,ixiziyvvv,P.12/40第7章 气体动理论压强公式的推导压强公式的推导:OA1单位时间单位时间A1受的受的冲量冲量(冲力冲力)所有分子对所有分子对A1面的平均冲力面的平均冲力 A1面受到的压强面

12、受到的压强据统计假设据统计假设:P.13/40第7章 气体动理论A1面受到的压强面受到的压强据统计假设据统计假设:分子平均平动动能分子平均平动动能宏观量宏观量微观量微观量平均值平均值理想气体压强公式理想气体压强公式:1.压强公式是统计规律压强公式是统计规律,非力学规律非力学规律;说明说明:2.压强是大量分子运动的集体表现压强是大量分子运动的集体表现,决定于微观量的统计平均值决定于微观量的统计平均值;3.压强对少数分子无意义压强对少数分子无意义.P.14/40第7章 气体动理论7.4 7.4 理想气体的温度公式理想气体的温度公式理想气体的温度公式理想气体的温度公式由理想气体状态方程由理想气体状态

13、方程和压强公式和压强公式绝对零度只能逼近绝对零度只能逼近,不能达到不能达到.1.理想气体的温度公式理想气体的温度公式 温度是分子平均平动动能的温度是分子平均平动动能的量度量度,是分子热运动剧烈程度是分子热运动剧烈程度的标志的标志.温度是大量分子热运动的集温度是大量分子热运动的集体表体表现现,是统计概念是统计概念,对个别对个别分子无温度可言分子无温度可言.说明说明:2.方均根速率方均根速率P.15/40第7章 气体动理论而而所以所以又有又有压强公式压强公式方均根速率方均根速率温度公式温度公式例例:试求氮气分子的平均平动动试求氮气分子的平均平动动能和均方根速率能和均方根速率.设设(1)在温度在温度

14、 t=1000 时时;(2)t=0 时时;(3)t=150 时时.解解:依题意依题意(1)例例:两瓶不同种类的气体两瓶不同种类的气体,其其分子平均平动动能相等分子平均平动动能相等,但分但分子密度数不同子密度数不同.问问:它们的温它们的温度是否相同度是否相同?压强是否相同压强是否相同?解解:依题意依题意P.16/40第7章 气体动理论(2)(3)例例:试求氮气分子的平均平动动试求氮气分子的平均平动动能和均方根速率能和均方根速率.设设(1)在温度在温度 t=1000 时时;(2)t=0 时时;(3)t=150 时时.解解:依题意依题意(1)P.17/40第7章 气体动理论作业作业习题集：习题集：4-4、7、10；14、19、22、23、24