氣體分子運動論和熱力學(xué)基礎(chǔ)之平均速率和方均根速率.ppt

1、*范例8.5 平均速率和方均根速率,以最概然速率為速率單位，麥克斯韋速率分布函數(shù)的形式是什么？速率分布函數(shù)曲線有什么特點？求所有分子的平均速率和方均根速率。分子速率在區(qū)間0v的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例的公式是什么？分子速率小于最概然速率、平均速率和方均根速率的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例為多少？,解析利用公式,設(shè)x = v/vp，麥克斯韋速率分布函數(shù)可表示為,這是無量綱的速率分布函數(shù)，歸一化系數(shù)為,在v v + dv區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)為dN，總速率為vdN = N0vf(v)dv，速率從0到積分可得全部分子的速率之和。,這個和除以總分子數(shù)N0就是所有分子的平均速率,用分部積分法可得,以最概然速率為速率單位

2、，麥克斯韋速率分布函數(shù)的形式是什么？速率分布函數(shù)曲線有什么特點？求所有分子的平均速率和方均根速率。分子速率在區(qū)間0v的分子數(shù)占總分子數(shù)的比例的公式是什么？分子速率小于最概然速率、平均速率和方均根速率的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例為多少？,利用函數(shù)可簡化計算。,函數(shù)的定義為,當(dāng)n為整數(shù)時，通過分部積分可直接證明(n) = (n 1)!。,利用變量替換，容易證明,當(dāng)n = 4時，可得平均速率,*范例8.5 平均速率和方均根速率,所有分子速率平方的平均值為,利用,可得,方均根速率為,對于同一種氣體，在相同的溫度下，平均速率、方均根速率與最概然速率之比都是常量。,分子的平均平動動能為,分子中的3表示三個自由

3、度，kT/2是所有分子一個自由度的平均平動動能。,溫度越高，分子的平均平動動能就越大，表示分子運動越劇烈。,平均速率、方均根速率與最概然速率都能表示分子運動的劇烈程度。,*范例8.5 平均速率和方均根速率,分子速率在區(qū)間0v的分子數(shù)為,利用麥克斯韋無量綱的速率分布函數(shù)，上式可表示為,上式還可以繼續(xù)化簡,利用誤差函數(shù),這是用誤差函數(shù)表示的解析式，不妨稱為分子數(shù)函數(shù)。,可得,當(dāng)積分上限分別取1、,和,時，,由上式即可計算分子速率小于最概然速率、平均速率和方均根速率的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例。,*范例8.5 平均速率和方均根速率,分子速率小于等于最概然速率的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例是42.8%，分子數(shù)小于總分子數(shù)的一半。,以最概然速率vp為速率單位，速率分布曲線就只有一條。,任何一段曲線下的面積都表示分子數(shù)占總分子數(shù)的比例。,而分子速率大于最概然速率的分子占總數(shù)的比例是57.2%，分子數(shù)大于總分子數(shù)的一半。,分子數(shù)大于總分子數(shù)的一半。當(dāng)速率大于最概然速率的3倍時，分子數(shù)比例就很小了。,當(dāng) 時，N/N0是分子速率小于平均速率的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例，這就是53.31%，分子數(shù)越過總分子數(shù)的一半。,分子速率在0v之間的分子數(shù)占分子總數(shù)的比例是v的單調(diào)增函數(shù)，這是因為v越大，0v之間的分子數(shù)就越多。,當(dāng) 時，N/N0是分子速率小于方均根速率的分