第七章氣體動理論

第七章氣體動理論第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－1物質(zhì)的微觀模型統(tǒng)計規(guī)律性了解第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

氣體動理論以氣體作為研究對象，了解分子熱運動的特征和規(guī)律。

宏觀物體是由大量微觀粒子組成，在標準狀態(tài)下，氣體含有個分子，1秒鐘每個分子與其它分子碰撞幾十億次（）之多。雖然單個分子運動規(guī)律仍屬機械運動，滿足力學規(guī)律，但追蹤某一個分子的行為既不可能，也無必要。

大量分子的集體表現(xiàn)存在統(tǒng)計規(guī)律。第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月一分子的數(shù)密度和線度阿伏伽德羅常數(shù)：1mol物質(zhì)所含的分子（或原子）的數(shù)目均相同.例常溫常壓下例標準狀態(tài)下氧分子直徑分子間距分子線度分子數(shù)密度（

）：單位體積內(nèi)的分子數(shù)目.第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月二分子力三分子熱運動的無序性及統(tǒng)計規(guī)律熱運動：大量實驗事實表明分子都在作永不停止的無規(guī)運動.例:常溫和常壓下的氧分子當時，分子力主要表現(xiàn)為斥力；當時，分子力主要表現(xiàn)為引力.分子力第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于由大量分子組成的熱力學系統(tǒng)從微觀上加以研究時，必須用統(tǒng)計的方法..................................................................................小球在伽爾頓板中的分布規(guī)律.第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)計規(guī)律當小球數(shù)N

足夠大時小球的分布具有統(tǒng)計規(guī)律.設為第格中的粒子數(shù).概率粒子在第格中出現(xiàn)的可能性大小.歸一化條件

...................................................粒子總數(shù)第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－2理想氣體的壓強公式理想氣體壓強公式第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

1）分子可視為質(zhì)點；

線度間距;

2）除碰撞瞬間,分子間無相互作用力；一理想氣體的微觀模型4）分子的運動遵從經(jīng)典力學的規(guī)律.3）彈性質(zhì)點（碰撞均為完全彈性碰撞）；第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月設邊長分別為x、y

及z的長方體中有

N

個全同的質(zhì)量為m

的氣體分子，計算壁面所受壓強.二理想氣體壓強公式第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月2）分子各方向運動概率均等分子運動速度熱動平衡的統(tǒng)計規(guī)律（平衡態(tài)）1）分子按位置的分布是均勻的大量分子對器壁碰撞的總效果：恒定的、持續(xù)的力的作用.單個分子對器壁碰撞特性:偶然性、不連續(xù)性.第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月各方向運動概率均等

方向速度平方的平均值各方向運動概率均等2）分子各方向運動概率均等分子運動速度第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月分子施于器壁的沖量單個分子單位時間施于器壁的沖量x方向動量變化兩次碰撞間隔時間單位時間碰撞次數(shù)

單個分子遵循力學規(guī)律第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月單位時間N個粒子對器壁總沖量

大量分子總效應單個分子單位時間施于器壁的沖量器壁所受平均沖力第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體壓強統(tǒng)計規(guī)律分子平均平動動能器壁所受平均沖力第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

統(tǒng)計關系式壓強的物理意義宏觀可測量量微觀量的統(tǒng)計平均值壓強是大量分子對時間、對面積的統(tǒng)計平均結(jié)果.問為何在推導氣體壓強公式時不考慮分子間的碰撞？分子平均平動動能第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－3理想氣體分子的平均動能與溫度的關系了解第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測量量理想氣體壓強公式理想氣體狀態(tài)方程微觀量的統(tǒng)計平均值分子平均平動動能第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度T的物理意義3）在同一溫度下，各種氣體分子平均平動動能均相等。

熱運動與宏觀運動的區(qū)別：溫度所反映的是分子的無規(guī)則運動，它和物體的整體運動無關，物體的整體運動是其中所有分子的一種有規(guī)則運動的表現(xiàn).1）溫度是分子平均平動動能的量度（反映熱運動的劇烈程度）.注意2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn)，個別分子無意義.第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（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

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)，則它們討論第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

例

理想氣體體積為V，壓強為p，溫度為T,一個分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月例1.求（地球常溫）和下理想氣體分子的平均平動動能。例2.求分子平動動能為1ev的理想氣體的溫度。第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－4能量均分定理理想氣體內(nèi)能判斷某種氣體的自由度理想氣體內(nèi)能公式第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月一自由度單原子分子平均能量第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

剛性雙原子分子分子平均平動動能分子平均轉(zhuǎn)動動能第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月分子平均振動能量分子平均能量非剛性分子平均能量非剛性雙原子分子*C

自由度分子能量中獨立的速度和坐標的二次方項數(shù)目叫做分子能量自由度的數(shù)目,簡稱自由度，用符號表示.第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月自由度數(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剛性分子能量自由度分子自由度平動轉(zhuǎn)動總第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月三理想氣體的內(nèi)能和摩爾熱容理想氣體的內(nèi)能：分子動能和分子內(nèi)原子間的勢能之和.1mol理想氣體的內(nèi)能

二能量均分定理（玻爾茲曼假設）

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.分子的平均能量第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)能變化

定體摩爾熱容定壓摩爾熱容摩爾熱容比

第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－5麥克斯韋氣體分子速率分布律分布函數(shù)三種統(tǒng)計速率及相互關系第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗裝置一測定氣體分子速率分布的實驗金屬蒸汽顯示屏狹縫接抽氣泵第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月分子速率分布圖：分子總數(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.第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月分布函數(shù)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

表示在溫度為的平衡狀態(tài)下，速率在

附近單位速率區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比.物理意義第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月速率位于內(nèi)分子數(shù)速率位于區(qū)間的分子數(shù)速率位于區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月麥氏分布函數(shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律

反映理想氣體在熱動平衡條件下，各速率區(qū)間分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比的規(guī)律.第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月三三種統(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.物理意義第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月2）平均速率第37頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月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第38頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月討論

麥克斯韋速率分布中最概然速率的概念下面哪種表述正確？（A）是氣體分子中大部分分子所具有的速率.（B）是速率最大的速度值.（C）是麥克斯韋速率分布函數(shù)的最大值.（D）速率大小與最概然速率相近的氣體分子的比率最大.第39頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

例計算在時，氫氣和氧氣分子的方均根速率.氫氣分子氧氣分子第40頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月1）2）

例已知分子數(shù)，分子質(zhì)量，分布函數(shù)求1）速率在間的分子數(shù)；2）速率在間所有分子動能之和.速率在間的分子數(shù)第41頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月例

如圖示兩條曲線分別表示氫氣和氧氣在同一溫度下的麥克斯韋速率分布曲線，從圖上數(shù)據(jù)求出氫氣和氧氣的最可幾速率.2000第42頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月7－5分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程平均自由程公式第43頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月