高二物理競(jìng)賽能量按自由度均分定理課件

1分子熱運(yùn)動(dòng)平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)分子內(nèi)原子間振動(dòng)一自由度定義：決定一個(gè)物體的位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)作直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：一個(gè)自由度作平面運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：二個(gè)自由度作空間運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)：三個(gè)自由度§1.能量按自由度均分定理2討論：（1）這是大量分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的能量所遵循的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（2）對(duì)個(gè)別分子，其熱運(yùn)動(dòng)能量并不按自由度均分（3）如果某一分子由n個(gè)原子組成，則這個(gè)分子最多有3n個(gè)自由度，其中3個(gè)是平動(dòng)的，3個(gè)是轉(zhuǎn)動(dòng)的，其余3n－6個(gè)是振動(dòng)的。當(dāng)分子的運(yùn)動(dòng)受到某種限制時(shí)，其自由度數(shù)會(huì)減少。3理想氣體的內(nèi)能和摩爾熱容

理想氣體的內(nèi)能：分子動(dòng)能和分子內(nèi)原子間的勢(shì)能之和.（僅指分子動(dòng)能）1mol

理想氣體的內(nèi)能

4內(nèi)能：分子自身：分子之間：(i>

j)由T決定由V決定對(duì)理想氣體：（不包括系統(tǒng)整體質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的能量）相互作用勢(shì)能pij系統(tǒng)內(nèi)部各種形式能量的總和。理想氣體的內(nèi)能和摩爾熱容5剛性分子理想氣體內(nèi)能：結(jié)論：一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能，只取決于分子的自由度和氣體的溫度，與氣體的體積、壓強(qiáng)無關(guān)。即：內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)！6理想氣體的熱容量（heatcapacity）熱容量：溫度升高（或降低）1℃物體所吸收（或放出）的熱量，以c表示比熱，則熱容量為：C＝mc摩爾熱容量：1摩爾物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量，以C表示：C＝Mc

氣體在等容過程中吸收的熱量全部用來增加內(nèi)能；而在等壓過程中則只有一部分用來增加內(nèi)能，另一部分轉(zhuǎn)化為氣體膨脹時(shí)對(duì)外所作的功。因此，氣體升高一定的溫度，在等壓過程中要比等容過程中吸收更(?)的熱。

定壓熱容量比定容熱容量(?)。Cv：定容摩爾熱容量對(duì)1摩爾理想氣體有：定容摩爾熱容只與分子的自由度有關(guān)，與氣體的溫度無關(guān)。對(duì)單原子氣體分子：對(duì)雙原子氣體分子：78

理想氣體的內(nèi)能

理想氣體內(nèi)能變化

定體摩爾熱容

定壓摩爾熱容

摩爾熱容比

9例1:

指出下列各式所表示的物理意義。

(1)(2)(3)(4)——

分子在每個(gè)自由度上的平均動(dòng)能——

分子的平均平動(dòng)動(dòng)能——

分子的平均動(dòng)能——

1mol氣體的內(nèi)能(5)(6)——

質(zhì)量為m的氣體內(nèi)所有分子的平均平動(dòng)動(dòng)能之和——

質(zhì)量為m的氣體的內(nèi)能10經(jīng)典理論的缺陷1112

圖中畫出了氫的Cv,m隨溫度變化的情形。其他雙原子氣體的Cv,m隨溫度變換的情形也與氫相類似。

理論值與實(shí)驗(yàn)值所以不符，看來好像可以這樣解釋：雙原子分子在低溫時(shí)只有平動(dòng)，在常溫時(shí)開始有轉(zhuǎn)動(dòng)，在高溫時(shí)才有振動(dòng)。這在經(jīng)典理論中是不可理解的。

實(shí)際上，理論與實(shí)驗(yàn)不符的根本原因在于，上述熱容理論建筑在能均分定理之上，而這個(gè)定理是以經(jīng)典概念(能量的連續(xù)變化)為基礎(chǔ)的。13*根據(jù)量子理論，分子能量是量子化的：轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)平動(dòng)