太原理工《大學物理》李孟春-§5-2壓強和溫度的微觀解釋.ppt

5 2壓強和溫度的微觀解釋 1物質(zhì)是由大量的原子或分子組成 且不連續(xù)的 一 物質(zhì)的微觀模型 用STM移動氙原子排出的 IBM 圖案 2物質(zhì)分子處于不停頓的無規(guī)則運動狀態(tài) 無規(guī)運動與整體 定向運動不同 無規(guī)運動的質(zhì)心動量為零 3分子之間存在相互作用 圖為分子力f與分子間距r的關(guān)系曲線 當r r0時 分子主要表現(xiàn)為斥力 當r r0時分子主要表現(xiàn)為引力 r0 10 10m r 10 9m時引力為零 故分子力是短程力 分子力是一種電磁相互作用力而不是萬有引力 它是一種保守力 它應該有勢能 2 忽略分子之間相互作用力 二 理想氣體的微觀模型 1 忽略分子體積 3 碰撞為完全彈性碰撞 分子數(shù)目太多 無法解這么多的聯(lián)立方程 即使能解也無用 必須用統(tǒng)計的方法來研究 4 單個分子的運動服從牛頓力學 3 平衡態(tài)時分子速度按方向分布是均勻的 2 平衡態(tài)時分子按位置的分布是均勻的 三 理想氣體分子的統(tǒng)計假設(shè) 1 分子在各處出現(xiàn)的幾率相同 2 容器內(nèi)各處分子數(shù)密度 由于碰撞 分子往各方向運動的概率相同 1 分子的速度各不相同 而且通過碰撞不斷變化著 其中 四 理想氣體壓強公式 長方體容器體積 分子質(zhì)量m 分子總數(shù)N個 六個面壓強相同 考慮某一面的壓強 第一步某個 分子與 A面碰撞 做特殊假設(shè) 1 所有分子勻以速率v運動 2 各有六分之一分子數(shù)分別垂直地向容器的一壁運動 分子施予 A面沖量 z方向 分子受到?jīng)_量 2mv 第二步 t時間內(nèi)與 A面碰撞的分子總數(shù) 第三步 A面 t時間受到所有分子的總沖量 第四步 A受到的壓強 有 考慮到所有分子的速率并并不相同 用 替代 嚴格的推到過程參課本p70 壓強公式 定義平均平動動能 壓強公式又可以寫成 由質(zhì)量密度 2 壓強公式表示了宏觀可測量壓強與微觀量 分子的數(shù)密度 分子平均平動動能 統(tǒng)計平均值之間的關(guān)系 3 對其他容器仍然適用 4 對單個分子談壓強是毫無意義的 1 壓強的實質(zhì)是大量分子碰撞在單位面積器壁上的平均沖力 討論 壓強公式是一個統(tǒng)計規(guī)律 而不是力學規(guī)律 五 理想氣體的溫度公式 由理想氣體狀態(tài)方程 玻耳茲曼常量 由壓強公式 只與溫度有關(guān) 看出 和平均平動動能 2 溫度是統(tǒng)計概念 只能用于大量分子 討論 1 平衡態(tài)下分子平均平動動能正比于氣體的溫度 3 溫度標志物體內(nèi)部分子無規(guī)運動的劇烈程度 4 溫度是標志氣體處于熱平衡狀態(tài)的物理量 5 分子運動永不停息 熱力學零度不可能達到 例2氣體容積10升 氣體質(zhì)量為100克 若分子方均根速率則壓強p為多少 解 例3一瓶氦氣和一瓶氮氣質(zhì)量密度相同 分子平均平動動能相同 而且它們都處于平衡狀態(tài) 則A溫度相同 壓強相同B溫度 壓強都不相同C溫度相同 但氦氣的壓強大于氮氣的壓強D溫度不相同 但氦氣的壓強小于氮氣的壓強 解 分子平均平動動能相同 則溫度相