大學(xué)物理A講義.ppt

1、林課教師：劉伯松，辦公室：頤和園235室，課程名稱：大學(xué)物理AII，信箱：公共郵箱：DXWLA_，2，大學(xué)物理下卷，第17章，溫度和氣體動(dòng)力學(xué)理論，3，1熱力學(xué)宏觀實(shí)驗(yàn)?zāi)芰靠煽浚? .統(tǒng)計(jì)物理微觀理論模型，互補(bǔ)，互補(bǔ)，2，研究熱現(xiàn)象的兩個(gè)茄子主要分支，統(tǒng)計(jì)規(guī)律，5，1，統(tǒng)計(jì)物理基本思想宏觀上的一些物理量是組成，宏觀上測(cè)量的物理量(如P T E等)。微觀量構(gòu)成系統(tǒng)的粒子(分子、原子或其他)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量等。不能直接測(cè)量的量，3，氣體分子系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分布，6，2，解決問題的一般思維方式是從單個(gè)粒子的行為到大量粒子的行為-統(tǒng)計(jì)規(guī)律，統(tǒng)計(jì)方法，模式一個(gè)粒子的多個(gè)行為多個(gè)粒子的一次行為，結(jié)果相同。例如

2、，投擲硬幣正面出現(xiàn)的比率接近1/2的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性：大量隨機(jī)事件作為整體表示的規(guī)律性，必須使統(tǒng)計(jì)規(guī)律性大幅波動(dòng)。7，8，分布曲線，飛鏢，9，17.4能量平均定理，17 17.2氣體分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，第17章溫度和氣體運(yùn)動(dòng)理論，17.1氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的說明，17.3以上氣體的壓力，10，17.1氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的說明，11，1，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的說明系統(tǒng)外部的物體稱為外部。12，示例1氣體的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮，過程時(shí)間1秒，李莞時(shí)間，3，準(zhǔn)靜態(tài)，每一瞬間系統(tǒng)都是平衡狀態(tài)的實(shí)際過程的理想化-無限慢(準(zhǔn))“無限慢”:系統(tǒng)變化的過程時(shí)間延遲時(shí)間，示例2準(zhǔn)靜態(tài)傳熱例如，溫度T，宏觀上在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，將冰水混合物的平衡溫度

3、冰點(diǎn)定為0C，(2)氣體溫度標(biāo)準(zhǔn)，(1)氣體溫度，(1742年瑞典天文學(xué)家孟德斯鳩成立)，(實(shí)際氣體密度為0牙齒的極限)； 熱力學(xué)溫度計(jì)與任何物質(zhì)特性無關(guān)，在理想氣體溫度計(jì)適用的溫度范圍內(nèi)，它等同于理想氣體溫度計(jì)。，與工作物質(zhì)無關(guān)的溫度表，與英國凱爾文建立的攝氏溫度的關(guān)系，(3)熱力學(xué)溫度表，17，2，理想氣體狀態(tài)方程，- mol質(zhì)量V -利己活動(dòng)空間，R-普適氣體常數(shù)，M - 19，熱力學(xué)系統(tǒng)由大量粒子組成。(1)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，(2)高真空，10億，20，大批量，不規(guī)則性，統(tǒng)計(jì)方法，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)-概率論，1。利己狀態(tài)方程，2 .不漏空氣P V圖中的一點(diǎn)表示平衡狀態(tài)。一條線表示準(zhǔn)靜態(tài)過程。22，1，平

4、均碰撞頻率，1，所需假設(shè)(1)等分子的有效直徑，(2)彈性碰撞(3)一個(gè)分子移動(dòng)，其他分子不移動(dòng)。平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為，17.2氣體分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，23，2，柔道，a分子跟蹤，平均碰撞頻率3360分子在單位時(shí)間內(nèi)接收的平均碰撞次數(shù)，圓柱體內(nèi)的中心分子可以與a分子接觸，24，2，平均自由路徑，26，案例1求出了標(biāo)準(zhǔn)條件下空氣分子的平均碰撞頻率和平均自由距離。對(duì)于空氣分子d 3.5 10 -10米，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：平均自由路徑，分子直徑的200倍，27，數(shù)十億次碰撞，平均碰撞頻率，例2直徑5厘米容器，內(nèi)部充滿氮，真空度10-3 Pa。室溫(293K)下平均自由過程的理論計(jì)算值，求解：(二次/秒)，28，

5、集裝箱線l=5厘米，m，提取，任務(wù)17.4 17.6 17.12，29，misemodel，(忽略重力)，(3)完全彈性碰撞(動(dòng)能不變)，(4)服從牛頓力學(xué)，(2)對(duì)分子群體的統(tǒng)計(jì)假設(shè)壓力：大量分子撞擊單位面積器壁的平均作用力系統(tǒng)：理想氣體平衡狀態(tài)忽略重力，設(shè)置N個(gè)同種分子。分子質(zhì)量M分子數(shù)密度n=N/V足夠速度的分子數(shù)密度ni=Ni/V N=Ni n=ni，32，33，1個(gè)單位時(shí)間內(nèi)一個(gè)分子撞擊墻壁的A1面的刺激，2個(gè)步驟：單位時(shí)間內(nèi)N個(gè)分子的A1面的刺激，34個(gè)步驟，3個(gè)步驟這里的壓力只是統(tǒng)計(jì)概念，是統(tǒng)計(jì)平均值。第三，溫度的統(tǒng)計(jì)意義，第一，溫度是大量分子的集體行為，是統(tǒng)計(jì)的結(jié)果。(數(shù)字少，

6、無意義)，37，2，物理意義溫度測(cè)量分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度，以溫度T為例，分子的平均轉(zhuǎn)換動(dòng)能與分子種類無關(guān)。在相同溫度的平衡狀態(tài)下，氧和氦分子的平均動(dòng)能相同。，3，分子運(yùn)動(dòng)的平均轉(zhuǎn)換動(dòng)能，38，4，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平方根率，壓力，溫度，速度分布都有關(guān)系。39，17.4能量均等定理，研究氣體的能量時(shí)，因?yàn)榉肿佑修D(zhuǎn)換動(dòng)能，有旋轉(zhuǎn)動(dòng)能和振動(dòng)動(dòng)能，氣體分子不再被看作質(zhì)點(diǎn)。1，氣體分子的自由度，將每個(gè)原子當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)，因此分子是質(zhì)點(diǎn)系。確定物體空間位置所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)，剛性氣體分子的自由度，(分子內(nèi)原子間的距離不變)，40，基本形態(tài)3360平移旋轉(zhuǎn)，41，2，能量根據(jù)自由度平均劃分原理。條件：溫度為T的平衡狀態(tài)

7、下為1。每個(gè)平移自由度具有相同的平均動(dòng)能2。平衡狀態(tài)下的每個(gè)自由度等于每個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，每個(gè)振動(dòng)自由度也具有與平移自由度相同的平均動(dòng)能，其值也為42，3。在溫度為T的平衡狀態(tài)下，物質(zhì)(蒸汽固體)分子的每個(gè)自由度都具有相同的平均動(dòng)能，其值為：(1)能量分布沒有優(yōu)勢(shì)的自由度(2)以下概念的物理語義物質(zhì)：目標(biāo)無限-普遍性的一側(cè)平衡狀態(tài)：狀態(tài)的限制平均動(dòng)能：平均值-統(tǒng)計(jì)結(jié)果，43，(3)每個(gè)振動(dòng)自由度也是kT/2的，分子平均總動(dòng)能，剛性雙原子分子，單原子分子，剛性多原子分子，合計(jì)系統(tǒng)內(nèi)所有分子的平均動(dòng)能和分子間作用的平均能量之和可以對(duì)理想氣體分子間作用力定義為：因此分子間作用力之和為0內(nèi)部能量，46，剛

8、性異常氣體分子系統(tǒng)，分子內(nèi)部能量也為0，因此內(nèi)部能量為1毫升剛性異常氣體分子系統(tǒng)的內(nèi)部能量，以及室溫下振動(dòng)自由度未激活。分子的自由度為5，因此一個(gè)分子的平均動(dòng)能，在J，48，ye2三個(gè)容器中，分別儲(chǔ)存了1毫升氦(He)，1毫升氫(H2)，1毫升氨(NH3)。都被認(rèn)為是剛性分子的理想氣體。如果它們的溫度都上升了1K，三種茄子氣體內(nèi)部能量的增加額分別是多少？解釋：J，J，J，49，17.5麥克斯韋速度分布定律，1，解決粒子群體行為的統(tǒng)計(jì)方法2，分布函數(shù)及其意義3，麥克斯韋速度分布函數(shù)4，應(yīng)用速度分布函數(shù)，50，1，解決粒子群體行為的統(tǒng)計(jì)方法1。演示如果研究粒子必須根據(jù)坐標(biāo)分布規(guī)律提供坐標(biāo)，那么分子總數(shù)N的百分比，概率，51，概率，粒子根據(jù)坐標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，2。結(jié)論，(1)統(tǒng)計(jì)分布的基本方法分隔間隔，坐標(biāo)分布，速度分布，能量分布，僅與52，2，2速度V相關(guān)，或只是V的函數(shù)，53，單位速度間隔內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，間隔內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，分子速度為，(1)3.麥克斯韋速率分布函數(shù)系統(tǒng)：理想氣體平衡狀態(tài)自由空間1。麥?zhǔn)纤俣确植己瘮?shù)，必須最大，56，2。麥克斯韋速度分布曲線，討論，57，2。曲線下面積：曲線下總面積速度較大的分子數(shù)越多，4。分布曲線與T，M的關(guān)系，相同的氣體：62，總空間速度的算術(shù)平均數(shù)計(jì)