大學(xué)物理課件-溫度的微觀本質(zhì)

8.1分子運動的基本概念8.2氣體分子的熱運動8.3統(tǒng)計規(guī)律的特征8.4理想氣體的壓強公式第8章氣體動理論8.5麥克斯韋速率分布定律8.6溫度的微觀本質(zhì)8.7能量按自由度均分定理8.9氣體分子的平均自由程8.10熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義和熵的概念理想氣體壓強公式理想氣體狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程和壓強公式理想氣體溫度公式m/AVNnNMNμ===μ玻爾茲曼常數(shù)分子平均平動動能

8.6溫度的微觀本質(zhì)chsling微觀量的統(tǒng)計平均值宏觀可測量量分子平均平動動能溫度T

的物理意義

8.6溫度的微觀本質(zhì)chsling1.溫度的本質(zhì)是物體內(nèi)部分子熱運動劇烈程度的標(biāo)志。2.溫度是大量分子的集體表現(xiàn)，個別分子無意義.3.在同一溫度下，各種氣體分子平均平動動能均相等。思考1.一瓶氦氣和一瓶氮氣密度相同，分子平均平動動能相同，而且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們（A）溫度相同、壓強相同。（B）溫度、壓強都不同。（C）溫度相同，但氦氣的壓強大于氮氣的壓強.（D）溫度相同，但氦氣的壓強小于氮氣的壓強.解

8.6溫度的微觀本質(zhì)chsling例1溫度為C和C時理想氣體分子的平均平動動能為多少？欲使分子的平均平動動能等于1eV，氣體的溫度需多高？解：分子在C和C時平均平動動能分別為：由于1eV=,此時氣體溫度為：

8.6溫度的微觀本質(zhì)chsling8.7.1自由度

自由度:確定一物體的空間位置所需的獨立坐標(biāo)數(shù)目.單原子分子自由度數(shù)：3（平動）剛性雙原子分子自由度數(shù)：5（3平動+2轉(zhuǎn)動）

8.7能量按自由度均分定理

chsling自由度數(shù)目平動轉(zhuǎn)動振動單原子分子303雙原子分子325多原子分子336剛性分子自由度數(shù)目分子自由度平動轉(zhuǎn)動總說明：室溫下不考慮振動，高溫下考慮。

8.7能量按自由度均分定理

chsling8.7.2能量均分定理

8.7能量按自由度均分定理

chsling1.由此可以認(rèn)為氣體分子的平均平動動能是平均分配在每一個平動自由度上的。2.轉(zhuǎn)動、振動與平動在任何一個自由度上的機會均等結(jié)論：氣體處于平衡態(tài)時，分子任何一個自由度的平均能量都相等，均為，這就是能量按自由度均分定理.分子的平均能量1.能量按自由度均分是大量分子統(tǒng)計平均的結(jié)果，是分子間的頻繁碰撞而致。2.t個平動、r個轉(zhuǎn)動和s個振動自由度，每個分子的平均總能量為？。3.能均分定理適用于固、液、氣體。

8.7能量按自由度均分定理

chsling單原子分子雙原子分子多原子分子平動自由度t333轉(zhuǎn)動自由度r023總自由度i356平均平動動能平均轉(zhuǎn)動動能平均動能

8.7能量按自由度均分定理

chsling8.7.3理想氣體的內(nèi)能一般氣體內(nèi)能＝分子熱運動動能+分子間相互作用勢能理想氣體的內(nèi)能：分子熱運動動能（平、轉(zhuǎn)、振）1mol

理想氣體的內(nèi)能

理想氣體的內(nèi)能1mol

單原子分子理想氣體的內(nèi)能1mol

雙原子分子理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)能變化

8.7能量按自由度均分定理

chsling8.7.4理想氣體的摩爾熱容理想氣體的定體摩爾熱容為理想氣體的定壓摩爾熱容為摩爾熱容比

思考指出下列各式所表示的物理意義：(1）；(2)；(3)；（4）；（5）

8.7能量按自由度均分定理

chsling例1：一容器內(nèi)某理想氣體的溫度為273K，密度為ρ=1.25g/m3，壓強為

p=1.0×10-3atm:求：(1)氣體的摩爾質(zhì)量，是何種氣體？(2)氣體分子的平均平動動能和平均轉(zhuǎn)動動能？(3)單位體積內(nèi)氣體分子的總平動動能？(4)設(shè)該氣體有0.3mol，氣體的內(nèi)能？解：(1)由，有由結(jié)果可知，這是N2或CO氣體。

8.7能量按自由度均分定理

chsling(2)平均平動動能和平均轉(zhuǎn)動動能為:(3)單位體積內(nèi)氣體分子的總平動動能為:(4)由氣體的內(nèi)能公式，有:

8.7能量按自由度均分定理

chsling8.5.1分布的概念速率v1

～v2

v2

～v3

…

vi

～vi+Δv

…分子數(shù)按速率的分布

ΔN1

ΔN2

…

ΔNi

…分子數(shù)比率按速率的分布ΔN1/N

ΔN2/N

…

ΔNi/N

…說明：｛ΔNi｝就是分子數(shù)按速率的分布,平衡態(tài)下氣體中大量分子的速率具有穩(wěn)定的分布規(guī)律。8.5麥克斯韋速率分布定律chsling實驗裝置金屬蒸汽顯示屏狹縫接抽氣泵8.5.2測定氣體分子速率分布的實驗（拉眉爾實驗）1.實驗裝置8.5麥克斯韋速率分布定律chsling2.實驗原理能到達顯示器的分子所滿足的條件：；通過改變角速度ω的大小，選擇速率v；通過改變細槽的寬度，選擇不同的速率區(qū)間;(4)沉積在檢測器上相應(yīng)的金屬層厚度必定正比相應(yīng)速率下的分子數(shù).8.5麥克斯韋速率分布定律chsling3.實驗結(jié)果可根據(jù)實驗作出如圖所示的速率分布曲線：該曲線反映了平衡態(tài)下氣體分子按速率的分布規(guī)律，稱為速率分布曲線。8.5麥克斯韋速率分布定律chsling8.5.3速率分布函數(shù)為速率在區(qū)間的分子數(shù).表示速率在區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比（N為總分子數(shù)）.表示在速率附近單位速率區(qū)間內(nèi)的相對分子數(shù)。當(dāng)，成為的連續(xù)函數(shù)，稱為速率分布函數(shù)。速率分布函數(shù)：8.5麥克斯韋速率分布定律chsling說明：的物理意義：氣體分子在速率附近，處于單位速率區(qū)間內(nèi)的概率。分布函數(shù)8.5.4麥克斯韋速率分布定律1.麥?zhǔn)戏植己瘮?shù):8.5麥克斯韋速率分布定律chsling2.速率分布曲線表示與的函數(shù)曲線叫速率分布曲線。表示速率在區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比.歸一化條件8.5麥克斯韋速率分布定律chsling答：速率位于區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比思考圖中陰影面積的物理意義？8.5麥克斯韋速率分布定律chsling8.5.5三種統(tǒng)計速率1最概然速率根據(jù)分布函數(shù)求得氣體在一定溫度下分布在最概然速率附近單位速率間隔內(nèi)的相對分子數(shù)最多.物理意義8.5麥克斯韋速率分布定律chsling2）平均速率8.5麥克斯韋速率分布定律chsling3）方均根速率說明：1.三種速率的比較：8.5麥克斯韋速率分布定律chsling同一溫度下不同氣體的速率分布

N2分子在不同溫度下的速率分布2.特征：都是分子熱運動速率的統(tǒng)計平均值，但物理意義不同，作用不同；3.可以判別同類氣體分布曲線的T及不同氣體在相同T下的氣體種類。T同8.5麥克斯韋速率分布定律chsling思考速率分布函數(shù)的物理意義是什么？說明下列各式意義：（1）（2）（3）（4）（5）氣體分子在速率附近，處于速率區(qū)間內(nèi)的概率（相對分子數(shù)）在速率附近，處于速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)在速率區(qū)間內(nèi)的概率在速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)在速率區(qū)間內(nèi)的分子平動動能之和8.5麥克斯韋速率分布定律chsling例

在容積為的容器中，貯有的氣體，其壓強為。試求該氣體最概然速率、平均速率和方均根速率。解：由題意知：即：8.5麥克斯韋速率分布定律chsling8.5