高二物理競賽課件：分子碰撞和平均自由程

第五章氣體動理論§5-7分子碰撞和平均自由程25.氣體動理論5.1熱運動的描述理想氣體模型和狀態(tài)方程5.2分子熱運動和統(tǒng)計規(guī)律5.3氣體動理論的壓強和溫度公式5.4能量均分定理理想氣體的內(nèi)能5.5麥克斯韋速率分布律5.6*麥克斯韋-玻爾茲曼能量分布律

重力場中粒子按高度的分布5.7分子碰撞和平均自由程5.8*氣體的輸運現(xiàn)象5.9*真實氣體范德瓦耳斯方程分子碰撞的研究平均自由程公式氣體分子碰撞3氣體分子的擴散過程十分緩慢。為什么？氣體分子間的無規(guī)則碰撞對氣體的平衡態(tài)(穩(wěn)定的分布)性質(zhì)起著十分重要的作用。氣體分子間的無規(guī)則碰撞在氣體由非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)的過程中起著關鍵的作用。

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模型：分子看作是有引力的剛性小球(有效直徑d)

動畫計算：

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海平面上，空氣分子的平均自由程：0.1μm100km高空，空氣分子的平均自由程：16cm300km高空，空氣分子的平均自由程：20km教材P191表5-3、表5-4思考題一定質(zhì)量的氣體，保持容器的容積不變。

當溫度增加時，分子運動更趨劇烈，因而平均碰撞次數(shù)增多，平均自由程是否也因此而減少呢？6

例題5-87求氫在標準狀態(tài)下，在1s內(nèi)分子的平均碰撞次數(shù)。已知氫分子的有效直徑為210-10m。

即在標準狀態(tài)下，在1s內(nèi)分子的平均碰撞次數(shù)約有80億次。平均自由程：(約為分子直徑的1000倍)解：按氣體分子算術平均速率公式：8例：6-2設有氧氣8g，體積為0.4110-3m3

，溫度為300K。如氧氣作絕熱膨脹，膨脹后的體積為4.110-3m3

，問氣體作功多少？如氧氣作等溫膨脹，膨脹后的體積也是4.110-3m3

，

問:這時氣體作功多少？

解：氧氣的質(zhì)量為M=0.008kg，摩爾質(zhì)量Mmol=0.032kg。原來溫度T1=300K。另T2為氧氣絕熱膨脹后的溫度因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J/(molK)9例：6-2解：如氧氣作等溫膨脹，氣體所作的功為：設有氧氣8g，體積為0.4110-3m3

，溫度為300K。如氧氣作絕熱膨脹，膨脹后的體積為4.110-3m3

，問氣體作功多少？如氧氣作等溫膨脹，膨脹后的體積也是4.110-3m3

，

問:這時氣體作功多少？10例：6-3兩個絕熱容器，體積分別是V1和V2，用一帶有活塞的管子連起來。打開活塞前，第一個容器盛有氮氣，溫度為T1

；

第二個容器盛有氬氣，溫度為T2

。試證：打開活塞后混合氣體的溫度和壓強分別是：式中,Cv1、Cv2分別是氮氣和氬氣的摩爾定體熱容，

M1、M2和Mmol1

、Mmol2分別是氮氣和氬氣的質(zhì)量和摩爾質(zhì)量。11例：6-3

已知代入(1)式:(1)12例：6-3又因混合后的氮氣與氬氣仍分別滿足理想氣體狀態(tài)方程：由此得兩者相加即得混合氣體的壓強：13多方過程*多方過程：實際過程既不是等值過程，也不是絕熱過程。(n：多方指數(shù))等壓過程等溫過程絕熱過程等體過程14絕熱自由膨脹1.理想氣體絕熱自由膨脹非準靜態(tài)過程；絕熱：Q=0(△E+A=0)氣體向真空膨脹沖入，

所以對外不做功.A=0仍服從熱力學第一定律，有

E末

=E初

T末

=T初氣體絕熱自由膨脹過程，

內(nèi)能保持不變。理想氣體，其始、末態(tài)溫度相同。但不是等溫過程(因無法用一個溫度來描述)。(對理想氣體，內(nèi)能是溫度的函數(shù))△E=015絕熱自由膨脹2.實際氣體絕熱自由膨脹實際氣體經(jīng)絕熱自由膨脹，

內(nèi)能保持不變。

但始、末態(tài)溫度不再相同。實際氣體，分子間有作用力，內(nèi)能