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大学物理——气体动力学.ppt

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第五章,气体动力学,一 了解气体分子热运动的图像 .,二 理解理想气体的压强公式和温度公式, 通过推导气体压强公式,了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系,到阐明宏观量的微观本质的思想和方法 . 能从宏观和微观两方面理解压强和温度等概念 . 了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现 .,教学基本要求,三 了解自由度概念,理解能量均分定理,会计算理想气体(刚性分子模型) 的定体摩尔热容、定压摩尔热容和内能 .,宏观量:描述大量分子热运动集体特征的物理量。(如:气 体体积、压力、温度等),热学相关概念,热运动:分子做不停的无规则运动,热现象:物质中大量分子的热运动的宏观表现(如:热传导、扩散、液化、凝固、溶解、汽化等都是热现象)。,微观量:描述单个分子运动的物理量。(如:分子质量、速度、能量等),热力学基础: 实验定律为基础,从能量观点出发,研究热 研究方法 现象的宏观规律。它是一种宏观理论。,统计方法: 对个别分子运动用力学规律,然后对大量分子求微观量的统计平均值。,气体动力学: 建立宏观量与微观量统计平均值的关系,研究方法 从微观角度来说明宏观现象的本质。气体动力学是一种微观理论。,热学相关概念,1.体积 V 气体分子所能到达的空间(几何参量),对于密闭容器中的气体,容器的体积就是气体的体积,单位:(SI) m3 ; 1L=10-3 m3,2、压强p (力学参量),压强P是大量分子与容器壁相碰撞而产生的,单位: 1Pa=1N.m-2标准大气压 1atm=760mm.Hg=1.013×105Pa,等于容器壁上单位面积所受到的正压力,一、气体的状态参量,5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,6,3.温度T,反映物体冷热程度的物理量,其高低反映内部分子热运动的剧烈程度。(热力学参量),5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,一个系统与外界之间没有能量和物质的传递,系统的能量也没有转化为其它形式的能量,系统的组成及其质量均不随时间而变化,这样的状态叫做热力学平衡态。,说明,(1)平衡态是一个理想状态; (2)平衡态是一种动态平衡; (3)对于平衡态,可以用PV 图上的一个点来表示。,二、平衡态 准静态过程,5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,1、平衡态,二、平衡态 准静态过程,5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,2、准静态过程,玻意耳-马略特定律,查理定律,盖·吕萨克定律,气体压强很低时,气体压强不变时,气体体积不变时,阿伏伽德罗定律,在同温同压下,1mol任何气体体积相等,在通常的压强与温度下,各种实际气体都服从理想气体状态方程。,三、理想气体状态方程,5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,理想气体状态方程,M是气体的摩尔质量,m是气体的质量,阿伏伽德罗常量,R为普适气体常数,形式1,形式2,为气体摩尔数,5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,k = R/NA = 1.3810 –23 J/K,,形式3,玻耳兹曼常量,----分子数密度(单位体积中的分子数),5.1热运动的描述 理想气体的状态方程,容器中气体的单个分子的运动是随机的,大量气体分子热运动的集体表现将服从宏观统计规律。研究时,必须用统计的方法 .,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,小球在伽尔顿板中的分布规律 .,一、分子热运动的无序性及统计规律,5.2 分子热运动的统计规律,1.容器内气体的分子数密度n处处相同 ;,2.分子沿各个方向运动的机会是相等的,在任何一个方向的运动并不比其他方向占有优势。一个体积元中飞向前、后、左、右、上、下的分子数 各为1/6;,3.分子速度在各个方向上的分量的各种平均值相等,例如,,,,二、平衡态分子热运动的统计假设,,5.2 分子热运动的统计规律,1)分子可视为质点; 线度 间距 ;,2)除碰撞瞬间, 分子间无相互作用力;,一 理想气体的微观模型,4)分子的运动遵从经典力学的规律 .,3)弹性质点(碰撞均为完全弹性碰撞);,5.3 压强公式 压强的统计意义,压强的产生,单个分子碰撞器壁的作用力是不连续的、偶然的、不均匀的。从总的效果上来看,一个持续的平均作用力。,单个分子,多个分子,平均效果,密集雨点对雨伞的冲击力,大量气体分子对器壁持续不断的碰撞产生压力,5.3 压强公式 压强的统计意义,设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中有 N 个全同的质量为 m 的气体分子,计算 壁面所受压强 .,二 理想气体压强公式,5.3 压强公式 压强的统计意义,2)分子各方向运动概率均等,分子运动速度,热动平衡的统计规律 ( 平衡态 ),1)分子按位置的分布是均匀的,大量分子对器壁碰撞的总效果 : 恒定的、持续的力的作用 .,单个分
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