2021-2022學(xué)年高二物理競賽：溫度、理想氣體課件

1、1溫度和氣體動理論17.1平衡態(tài) 一.熱力學(xué)系統(tǒng)和外界熱力學(xué)系統(tǒng)：（熱力學(xué)研究的對象）：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。，2二.平衡態(tài)在不受外界影響的條件下系統(tǒng)宏觀性質(zhì)均勻一致、不隨 時間變化的狀態(tài)。平衡態(tài)是一種熱動平衡 平衡態(tài)是一種理想狀態(tài)三、狀態(tài)參量宏觀量平衡態(tài)下描述宏觀屬性的相互獨立的物理量，一般可以直接測量。如 壓強(qiáng) p、體積 V、溫度 T 等。微觀量描述系統(tǒng)內(nèi)個別微觀粒子特征的物理量，一般不能直接測量。 如分子的質(zhì)量、 直徑、速度、動量、能量 等。 氣體的宏觀量是 大量分子微觀行為的統(tǒng)計平均表現(xiàn)3例如：壓強(qiáng)體積大量分子對器壁的沖力 的平均效果

2、所有分子能夠達(dá)到的空間AB17.2.溫度的概念 處在相互熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)擁有某一共同的宏觀物理性質(zhì)，這個性質(zhì)稱為溫度.ABA、B 兩體系相互影響, 達(dá)到 共同的平衡態(tài)(熱平衡)設(shè)A 和B 分別與C的同一狀態(tài)熱 平衡，則A 和 B 一定熱平衡熱力學(xué)第零定律4pV C等溫 等容玻意耳馬略特定律查理定律蓋呂薩克定律等壓Tp CTV C理想氣體的狀態(tài)方程：pV RTR 8.31J mol 1 K 117.4理想氣體的狀態(tài)方程 理想氣體： 嚴(yán)格遵守三定律的氣體玻爾茲曼常量 kMNANApVRT N R Tk R 1.381023 J K 1N Am0Nm0 mRT pV NkT p nkT5M理想氣體的

3、狀態(tài)方程：pV mRTR 8.31J mol 1 K 1方程中三個變量 p、 V、T , 只有兩個是相 互獨立的每個平衡態(tài)都在 p-V圖上對應(yīng)一個點II ( p2 ,V2 ,T2 )p6oI ( p1 ,V1 ,T1 )V17.5氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動 一、分子熱運(yùn)動的圖像分子熱運(yùn)動：大量分子做 永不停息的無規(guī)則運(yùn)動。二、分子熱運(yùn)動的基本特征1.無序性某個分子的運(yùn)動，是雜亂無章的，無序的；各個分子之間的運(yùn)動也 不相同，無序的；這正是熱運(yùn)動與機(jī)械運(yùn) 動的本質(zhì)區(qū)別。72.統(tǒng)計性從大量分子的整體的角度看，遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。例如：在平衡態(tài)下，氣體分子的空間分布，按密度來說是均勻的。 氣體分子向各個方向

4、運(yùn)動的機(jī)會是均等的。統(tǒng)計規(guī)律（3）總是伴隨著漲落8大量偶然事件從整體上反映出來的一種規(guī)律 特點:（1）只對大量偶然的事件才有意義（2）它是不同于 個體規(guī)律的整體 規(guī)律三、自由程 ：分子連續(xù)兩次碰撞之間所自由走過的路程平均自由程自由程的平均值平均碰撞頻率z :一秒鐘內(nèi)一個分子與其 它分子碰撞的平均次數(shù) 與z 的關(guān)系： z9uACBD2ddA長度為u的圓管設(shè)分子的有效直徑為d，A分子以平均相對速率u運(yùn)動，其它分子都不動以A分子運(yùn)動路徑（折線）為軸線，作一半徑為d，總10凡是其中心位于管內(nèi)的分子(如B、C分子) 都將與A分子碰撞ABD2ddAC u單位時間內(nèi)A分子將與分子中心位于管內(nèi)的所有分子進(jìn) 2

5、行碰撞，所以平均碰撞頻率為：z d 2un考慮到其它分子都在運(yùn)動，經(jīng)過精確計算，得：u 分子平均碰撞頻率為：zz 2d 2 nv2nv d 212n d 2kT112 p d 2分子平均自由程為： v z 2nv d 212n d 2kT2 p d 2分子平均自由程為： v分子平均碰撞頻率為：對空氣分子az標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下： p 1.013 105 PT 273.15KV 22.41103 m 3 / mold 3.5 10 -10 m 200.d 相當(dāng)于分子直徑的200倍 6.9108 m秒129 次z 6.5 10每秒碰撞幾十億次kTn p 3.2 1017分子數(shù)密度 n平均自由程 7.8m min( , l ) =10-2m12nd 2分子有效直徑: d=310-10m求:1.分子數(shù)密度n2.平均自由程T=27C注意：氣體容器限度小于平均自由程計算值時， 實際平均自由程就是容器限度的大小 min( , l )例已知: 真空管線度 l =10-2m，真空度:1.3310-3pa13例 如果理想氣體的溫度保持不變，當(dāng)壓強(qiáng)降為原值的 一半時，分子的平均自由程成為原值的 兩倍 .（A）壓強(qiáng)（B）體