氣體動理論第講熱力學(xué)系統(tǒng)與平衡態(tài)

氣體動理論第講熱力學(xué)系統(tǒng)與平衡態(tài)第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五緒言一.熱學(xué)研究對象及內(nèi)容▲對象：宏觀物體（大量分子原子系統(tǒng)）或物體系

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熱力學(xué)系統(tǒng)。▲內(nèi)容：與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和規(guī)律。外界系統(tǒng)外界第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五二.熱學(xué)的研究方法▲熱力學(xué)（thermodynamics）宏觀基本實驗規(guī)律熱現(xiàn)象規(guī)律邏輯推理特點：普遍性、可靠性?！y(tǒng)計力學(xué)（statisticalmechanics）對微觀結(jié)構(gòu)提出模型、假設(shè)統(tǒng)計方法熱現(xiàn)象規(guī)律特點：可揭示本質(zhì)，但受模型局限。第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五一、熱力學(xué)系統(tǒng)平衡態(tài)宏觀描述時用以表征系統(tǒng)狀態(tài)和屬性的物理量。1、熱力學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)：研究對象(有限、宏觀)。外界：系統(tǒng)的周圍環(huán)境。孤立系統(tǒng)：與外界無任何相互作用。封閉系統(tǒng)：與外界交換能量但不交換物質(zhì)。開放系統(tǒng)：與外界有能量和物質(zhì)的交換。宏觀描述：從整體上對一個系統(tǒng)的狀態(tài)進行描述的方法。宏觀量：第八章氣體動理論第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五布郎運動？？？2、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀模型宏觀物質(zhì)都是由大量的微觀粒子（原子或分子）組成的，分子間有間隙。(1)(2)物質(zhì)內(nèi)分子都在不停地做無規(guī)則的熱運動——運動的劇烈程度與物質(zhì)的冷熱程度有關(guān)(熱運動)。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五對大量的無規(guī)則變化的微觀量求統(tǒng)計平均，達到確定的宏觀量間的關(guān)系。分子間有相互作用力(3)合力斥力引力分子的作用半徑：~分子的有效直徑：~微觀描述：從微觀粒子的運動狀態(tài)出發(fā)，對系統(tǒng)的狀態(tài)進行描述。微觀量：描述單個微觀粒子運動狀態(tài)的物理量。統(tǒng)計平均方法：第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五兩個相互接觸的封閉系統(tǒng)均達到平衡態(tài)，則二者處于熱平衡。3、平衡態(tài)4、熱平衡在不受外界影響的情況下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)。理想化的動態(tài)平衡5、描述氣體平衡態(tài)的參量(狀態(tài)參量)和狀態(tài)方程(1)體積V定義：氣體分子所能到達的空間所有分子的體積之和。單位：第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)處于平衡態(tài)時其狀態(tài)參量間滿足的關(guān)系。(2)壓強P(3)溫度T(4)狀態(tài)方程定義：氣體垂直作用于器壁單位表面積的力。單位：意義：標志系統(tǒng)的冷熱程度。第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五用于標志處于熱平衡的系統(tǒng)所具有的某種共同的宏觀性質(zhì)（冷熱程度）的物理量。二、溫度與溫標1、溫度(1)熱力學(xué)第零定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)的同一平衡態(tài)處于熱平衡，當這兩個系統(tǒng)接觸時也必定會處于熱平衡。(2)溫度：溫度的數(shù)值表示方法。2、溫標(1)溫標：第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五絕對零度是不能達到的。(2)理想氣體溫標玻意耳定律：(冷熱程度)定義理想氣體溫標，使得其溫度值與成正比：標準溫度：則：(3)攝氏溫標3、熱力學(xué)第三定律第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五(4)除需特別考慮外，分子的重力可以不計。三、理想氣體狀態(tài)方程1、理想氣體模型(1)分子本身的線度與分子間的平均距離相比可以忽略不計，單個分子的運動遵守經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。(2)除了碰撞的一瞬間外，分子之間及分子與器壁間無相互作用。(3)碰撞是完全彈性的。2、理想氣體狀態(tài)方程一定量的理想氣體，任意平衡態(tài)標準狀態(tài)第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五分子數(shù)密度普適氣體常量玻耳茲曼常量第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五例1：高度變化較大時，大氣溫度隨高度的變化可近似地取為其中為地面溫度，

為常量。(1)求大氣壓強隨高度變化的關(guān)系。(2)推出等溫氣壓公式。解：(1)YO不是常量(已將大氣視作理想氣體，單個分子質(zhì)量，摩爾質(zhì)量)第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五利用(地面氣壓，視為不變)(2)等溫氣壓公式即不隨高度變化即的情況第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五例2：已知：求：在標準狀態(tài)下給一氣球充氫氣，充氣畢氣球體積為(不計球皮)。(1)若原貯氫罐體積為罐中氣壓為罐與大氣始終處于熱平衡，則給球充氣需多少貯氣罐？(2)設(shè)球皮重在的同溫層大氣中，此氣球可以掛多重的東西而不至墜下？(1)每用一個罐充氣，罐里總要殘剩一部分氫氣。解：利用玻意耳—馬略特定律得第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期五