南理工大學(xué)物理上第6章6-(1-3)氣體壓強(qiáng)公式

第3編熱學(xué)基礎(chǔ)熱現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是大量微觀分子的熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，涉及到宏觀與微觀兩個(gè)層次。微觀---氣體動(dòng)理學(xué)理論宏觀---熱力學(xué)基礎(chǔ)世界由大量分子組成，科學(xué)家進(jìn)一步追根問(wèn)底,企圖從分子和原子的微觀層次上來(lái)說(shuō)明物理規(guī)律,氣體分子動(dòng)理論應(yīng)運(yùn)而生。玻爾茲曼、吉布斯和焦耳等發(fā)展了經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)。研究方法1.

熱力學(xué)——宏觀描述通過(guò)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律，從能量觀點(diǎn)出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過(guò)程中熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系和條件。特點(diǎn)：(1)具有可靠性；(2)

知其然而不知其所以然；

(3)

應(yīng)用宏觀參量.2.

氣體動(dòng)理論——微觀描述研究大量的做熱運(yùn)動(dòng)的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模型假設(shè)和統(tǒng)計(jì)方法。特點(diǎn)：(1)揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)；

(2)有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣。宏觀量微觀量統(tǒng)計(jì)平均氣體動(dòng)理論熱力學(xué)相輔相成氣體動(dòng)理學(xué)與熱力學(xué)關(guān)系1、理解氣體的平衡狀態(tài)、狀態(tài)參量等概念，掌握理想氣體物態(tài)方程及其應(yīng)用。2、理解理想氣體微觀模型的概念和意義，了解理想氣體壓強(qiáng)公式和溫度公式，理解壓強(qiáng)和溫度的微觀實(shí)質(zhì)和統(tǒng)計(jì)意義。3、了解能量按自由度均分定理的內(nèi)容和意義，掌握理想氣體的內(nèi)能公式，理解理想氣體內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。4、了解分子速率分布函數(shù)的意義，熟悉麥克斯韋速率分布定律的內(nèi)容。第六章教學(xué)基本要求第六章氣體動(dòng)理學(xué)理論知識(shí)準(zhǔn)備研究的對(duì)象---氣體分子研究的目的---了解氣體的宏觀狀態(tài)參量（溫度、壓強(qiáng)、內(nèi)能等）與分子微觀運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。1、概率（對(duì)隨機(jī)事件而言）含義：描述事件發(fā)生的可能性大小的物理量的比不穩(wěn)定，但當(dāng)N很大時(shí)趨于穩(wěn)定，幾率（概率）--設(shè)做N次實(shí)驗(yàn)（比如擲N次骰子）,若出現(xiàn)某事件A的次數(shù)為NA，事件A出現(xiàn)的次數(shù)與總次數(shù)則定義A事件出現(xiàn)的幾率為稱為必然事件稱為不可能事件例如擲硬幣時(shí)：出現(xiàn)頭像（A事件）的幾率為二之一。出現(xiàn)幣值的一面（B事件）的幾率也為二分之一。注意：歸一化條件：在N次實(shí)驗(yàn)中各種事件出現(xiàn)的幾率的和為1。設(shè)Wi為表示第i事件出現(xiàn)的幾率，則它所有事件出現(xiàn)的幾率和為：2、統(tǒng)計(jì)平均值1）算術(shù)平均值：若測(cè)某個(gè)物理量M，測(cè)N次，在測(cè)得的量值中，2）統(tǒng)計(jì)平均值§6-1氣體動(dòng)理學(xué)的基本概念

一、熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究的對(duì)象）：大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀物體。

外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)與外界交換特點(diǎn)）：孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量又無(wú)物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換開(kāi)放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換二、宏觀量和微觀量宏觀量：表征大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的集體效應(yīng)和平均效果的可觀測(cè)量。如溫度、壓強(qiáng)、內(nèi)能、和熱容量等。微觀量：任一時(shí)刻，系統(tǒng)處于任一微觀狀態(tài)，表征個(gè)別分子或系統(tǒng)的物理量。如某一時(shí)刻分子的速度、動(dòng)能或系統(tǒng)的動(dòng)能等?！?-2理想氣體狀態(tài)方程

系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)所處狀態(tài)）熱平衡態(tài):在無(wú)外界的影響下，不論系統(tǒng)初始狀態(tài)如何，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變的穩(wěn)定狀態(tài)。平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)平衡條件:

(1)系統(tǒng)與外界在宏觀上無(wú)能量和物質(zhì)的交換;(2)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。如密度、壓強(qiáng)等。非平衡態(tài):不具備兩個(gè)平衡條件之一的系統(tǒng)。一、平衡態(tài)和平衡過(guò)程舉例平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡在這個(gè)過(guò)程式中，各點(diǎn)密度、溫度等均不相同，這就是非平衡態(tài)。但隨著時(shí)間的推移，各處的密度、壓強(qiáng)等都達(dá)到了均勻，無(wú)外界影響，狀態(tài)保持不變，就是平衡態(tài)。設(shè)一容器，用隔板將其隔開(kāi)當(dāng)隔板右移時(shí)，分子向右邊擴(kuò)散準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程（平衡過(guò)程）：如果過(guò)程進(jìn)行的足夠緩慢，使得過(guò)程所經(jīng)歷的各中間狀態(tài)非常接近平衡狀態(tài)。每一個(gè)過(guò)程都有確定的狀態(tài)參量。二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程三、描述氣體的狀態(tài)參量（宏觀狀態(tài)---大量分子的集體狀態(tài)）1、體積V---氣體所占的空間（幾何參量）注意：體積并不是所有分子體積之和，因分子之間有間隔。2、壓強(qiáng)---作用在器壁上單位面積上的正壓力（力學(xué)參量）注意：氣體產(chǎn)生的原因是大量分子對(duì)器壁的碰撞，非氣體分子的重量。單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：450緯度海平面處,00C時(shí)的大氣壓。3、溫度---物體冷熱程度的量度（熱學(xué)參量）。

單位：溫標(biāo)K（開(kāi)爾文）四、理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體宏觀定義：遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體。1、1mol理氣的狀態(tài)方程：對(duì)于質(zhì)量為M的氣體，滿足標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：R－普適常量1mol：2、質(zhì)量M，摩爾質(zhì)量μ的理氣的狀態(tài)方程：摩爾數(shù)3、理想氣體方程的另一種表示M為總質(zhì)量，m為分子質(zhì)量N為分子總數(shù)，又因?yàn)?mol理想氣體的分子數(shù)為

故摩爾質(zhì)量-----理想氣體方程的簡(jiǎn)要形式n為分子數(shù)密度k為玻爾茲曼常數(shù)Ovp等溫過(guò)程T1T2T3T1<T2<T3OVP平衡態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程P1P2V2V1A(P1,V1,T1)B(P1,V1,T1)五、理想氣體的等溫線例：氧氣瓶的壓強(qiáng)降到106Pa即應(yīng)重新充氣，以免混入其他氣體而需洗瓶。今有一瓶氧氣，容積為32L，壓強(qiáng)為1.3107Pa，若每天用105Pa的氧氣400L，問(wèn)此瓶氧氣可供多少天使用？設(shè)使用時(shí)溫度不變。解:根據(jù)題意，可確定研究對(duì)象為原來(lái)氣體、用去氣體和剩余氣體，設(shè)可供x天使用，使用時(shí)的溫度為T，則這三部分氣體的狀態(tài)參量分別為原有每天用量剩余分別對(duì)它們列出狀態(tài)方程，有例：氧氣瓶的壓強(qiáng)降到106Pa即應(yīng)重新充氣，以免混入其他氣體而需洗瓶。今有一瓶氧氣，容積為32L，壓強(qiáng)為1.3107Pa，若每天用105Pa的氧氣400L，問(wèn)此瓶氧氣可供多少天使用？原有每天用量剩余(1)(2)(3)(2)代入[(3)-(1)]§6-3理想氣體的壓強(qiáng)和溫度公式一、氣體分子的運(yùn)動(dòng)特征(1)氣體由大量氣體分子組成；(2)氣體分子作永不停息的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；(3)分子間存在相互作用，但除碰撞的瞬間，這種相互作用極其微弱基本特征：二、理想氣體分子模型–力學(xué)假設(shè)(1)氣體分子大小與分子間的平均距離相比可忽略；

質(zhì)點(diǎn)，d<<l(2)單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，且每個(gè)分子看作為是彈性小球，分子與分子、分子與容器器壁的碰撞視為完全彈性碰撞(e＝1)，滿足動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒；

“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”(3)除碰撞外，分子間相互作用力忽略。

“自由--無(wú)勢(shì)能”

處在平衡態(tài)的氣體，各處的分子數(shù)密度應(yīng)相等。分子沿各方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)應(yīng)相等；分子速度的各種平均值都相等。二、理想氣體