《新工科大學物理》課件第7章 氣體動理論1

第7章氣體動理論7.1氣體系統(tǒng)熱運動的微觀特征7.2理想氣體的壓強7.3溫度的微觀解釋7.4能量均分原理7.5麥克斯韋速率分布定律7.6玻耳茲曼分布律7.7氣體分子的平均自由程7.1氣體系統(tǒng)熱運動的微觀特征氣體(理想氣體)一、研究對象二、研究方法

從物質的微觀模型出發(fā)，應用力學規(guī)律和統(tǒng)計方法研究大量粒子熱運動規(guī)律的微觀理論,揭示粒子的微觀運動與宏觀熱現象之間的深刻聯(lián)系。揭示宏觀熱現象的微觀本質。分子運動的基本觀點:1.宏觀物體由大量粒子(分子、原子等)組成。2.分子在永不停息地作無序熱運動。(布朗運動)不同結構的分子其尺度不一樣。例如標準狀態(tài)氧分子直徑阿伏伽德羅常數1mol物質含有的分子個數。

分子有單原子分子、雙原子分子、多原子分子和千萬個原子構成的高分子。3.分子間存在相互作用力。分子力與分子間距離的關系f(r)r0~10-9mr/mo合力引力斥力當時,

當r<r0

時,分子力主要表現為斥力；當r>r0

時,分子力主要表現為引力。r0—平衡位置

一切宏觀物體都是由大量分子組成的，分子都在永不停息地作無序熱運動，分子之間有相互作用的分子力。三、氣體分子運動的規(guī)律2.氣體分子間的相互碰撞是非常頻繁的。大量分子都在不停地作無規(guī)熱運動,在常溫常壓情況下,一個氣體分子在1s的時間里大約經歷10億次碰撞,每個分子的運動狀態(tài)都有一定的偶然性。1.氣體中分子間的距離相對較大，分子之間、分子與器壁之間產生瞬間碰撞，分子在兩次碰撞之間的運動可以看作是在慣性支配下的自由運動。分子運動是無序的。

通過對大量分子運動狀態(tài)的觀察，發(fā)現有一定的規(guī)律性。例如，在平衡態(tài)時，容器內各處的溫度、密度和壓強都是均勻分布。這表明，在大量的偶然、無序的分子運動中包含一種規(guī)律性，稱為統(tǒng)計規(guī)律性。四、氣體分子熱運動滿足的統(tǒng)計規(guī)律

1.在忽略重力和其他外力作用的條件下，每一個分子在容器中任意位置出現的概率是相等的。3.速度分量vx、v

y、vz平方的平均平衡狀態(tài)時，氣體分子沿各方向運動的概率相等，則2.分子速度分量的統(tǒng)計平均值氣體在平衡狀態(tài)時，分子沿各方向運動的概率相等，故1.分子線度與分子間距相比較可忽略,分子被看做質點。2.由于分子力的作用距離很短，可以認為氣體分子之間除了分子碰撞的瞬間外,其相互作用力可忽略不計。3.氣體分子在運動中遵守經典力學規(guī)律，假設碰撞為彈性碰撞。

按照這三條假設，可以把理想氣體看成一個質點系，這些看成質點的理想氣體分子除了碰撞的瞬間外,都在做自由的慣性運動。也就是說，理想氣體分子好像是一個沒有大小，并且除碰撞的瞬間外沒有相互作用的彈性球。一、理想氣體的微觀模型7.2理想氣體的壓強二、理想氣體的壓強公式容器器壁單位面積上所受的正壓力。壓強

P宏觀量

微觀上看，氣體作無規(guī)熱運動，氣體的壓強等于大量分子在單位時間內施加在單位面積器壁上的平均沖量。如何求得F?如何求得

?為了討論方便，我們把N個分子分為若干組，每組分子具有相同的速度。設第i組分子的速度為：第i

組分子的分子數密度為：一定質量的處于平衡態(tài)的某種理想氣體，被封閉在體積為V的任意形狀的容器中，氣體分子的質量為

，容器內分子總數為N，分子數密度為。任意一個分子速度：第i組分子的分子數為?Nix設器壁上面積元dA法向為x軸,速度為的分子碰撞器壁一次所受的沖量等于它的動量的增量：由牛頓第三定律，受分子碰撞一次,器壁所受的沖量：在dt時間內與dA碰撞的分子數（即斜柱體內的分子）：這些分子在dt時間內對dA的總沖量為：所有分子在dt時間內對dA的總沖量為：氣體對器壁的宏觀壓強為：則定義:分子平均平動動能3.顯示了宏觀量與微觀量的關系，是力學原理與統(tǒng)計方法相結合得出的統(tǒng)計規(guī)律。2.壓強是大量分子對時間、對面積的統(tǒng)計平均結果。討論

統(tǒng)計關系式宏觀可測量量微觀量的統(tǒng)計平均值1.氣體對容器器壁的壓強正比于氣體的分子數密度n和氣體分子的平均平動動能。例1

體積V=10-3m3的容器中貯有理想氣體，其分子總數N=1023，每個分子