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气体动理论[1].ppt

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第2篇 热学,2,热学:是研究 热现象的理论,热力学,统计物理,统计物理学:从分子原子等微观粒子的运动和它们之间的相互作用出发,研究热想象的规律和微观本质,热现象:与温度有关的物理性质的变化,热力学:从观察和实验出发,依据能量的 观点,分析热功转化的关系和条件。,3,,9-1 气体分子的无规则运动,9-2 理想气体物态方程,9-3 理想气体的压强公式,9-4 温度的微观意义,9-5 能量均分定理 理想气体内能,9-6 麦克斯韦气体分子速率分布律,9-7 气体分子平均碰撞次数和平均自由程,第9章 温度和气体动理论,4,一 关于物质的微观结构基本观点,分子的直径约为10-10m;质量约为10-26kg;,1 物质由大量分子组成,分子之间存在间隙,宏观无穷小 ,微观无穷大,分子数密度n很大,氧气 31019 个/cm3,组成物质的分子之间有一定的空隙。通常气体分子之间的空隙很大,所以气体很容易被压缩。而液体和固体的分子空隙要小得多。,5,宏观量: 表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量),如 p,V,T 等.,微观量: 描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测量),如分子的m , 等.,宏观量,微观量,6,2 分子永不停息地作无规则运动,悬浮在液体中的固体微粒在不停地作无规则运动,这种现象称为布朗运动,分子的无规则运动与温度有关。温度愈高,分子无规则运动的剧烈程度越高,所以分子的无规则运动叫做分子的热运动。,7,3 分子间存在相互作用的引力和斥力,当 时,分子力主要表现为斥力;当 时,分子力主要表现为引力.,分子间彼此趋近到 r=d 时,分子将在强大的斥力作用下被排斥开。类似小球间“弹性碰撞”过程。d 的平均值称为分子有效直径,8,分子间的吸引力使分子趋于团聚,热运动使分子趋于离散,两种趋势相互对立,其结果导致,物质状态不同,二 气体分子热运动图像,在常温(T 约0oC左右)常压(p=1atm左右)状态下,对气体分子热运动的图景进行描绘,9,但分子的迁移实际上是很慢的-----气体分子要发生频繁碰撞,沿着迂回曲折的路线前进。,碰撞频繁 1010 次/秒,单个分子运动遵守牛顿定律,但由于碰撞频繁,使得单个分子的运动极为复杂,是无规则的,运动情况瞬息万变。,分子数目大,平均速率很大(500m/s),气体分子的碰撞一般来说是极其频繁的,10,三 统计方法基本概念,,,例1. 有大量的三色小球(各色小球数量大致相同),,,,将小球一个一个从书包中抓出来,每次抓出什么颜色的球是不可预测的。 (单个事件无规律可言),统计一下结果,发现:,11,大量偶然事件遵循的规律叫统计规律 。事件的次数越多,规律性也越强,是一个统计概念,是某个事件出现的可能 性的量度。,1. 统计规律:,2. “几率”的概念:,红色小球出现的次数与抓球的总次数之比为红色小球出现的几率。,抓球的次数越多,所得结果越准确。,12,用数学式归纳为:,例1中各颜色的球抓出 来的机会 是 一样的,都是一万个左右(机会均等),3. 等几率原理:,N----各种事件发生的总次数 Ni----事件i发生次数为, Pi----事件 i 发生的概率,13,显然,三色球出现的总几率是:,这叫几率的归一化条件。,一定!,4 归一化条件:所有可能取值的概率和必为1,14,小球在伽尔顿板中的分布规律.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,伽耳顿板:在一块竖直的平板的上部钉上一排排等间距的铁钉,下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽,然后用透明板封盖,在顶端装一漏斗形入口。,15,统计规律 当小球数 N 足够大时小球的分布具有统计规律.,例如:投掷硬币,有2个面,开始几次出现哪一面朝上是无规律的,但随着投掷的次数越多,出现某一面的概率越接近二分之一。,16,四、统计规律有以下几个特点: (1)只对大量偶然的事件才有意义. (2)它是不同于个体规律的整体规律,统计规律给出的是在一定条件下系统处于某种状态的概率。,(3)总是伴随着涨落或起伏现象,N  涨落 ,涨落:相对统计平均值的差,17,热学研究对象,热运动: 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规则运动.,热现象: 与温度有关的物理性质的变化.,研究对象特征,单个分子:遵循力学规律、无序、具有偶然性.,整体(大量分子): 服从统计规律 .,18,研究方法,1 热力学 —— 宏观描述,2 气体动理论 —— 微观描述,从实验规律出发,用演绎的方法研究,从物质的微观结构出发,用统计平均方法研究,——统计物理,19,一、热力学系统与外界 热力学系统:在热力学中的研究的对象(宏观物体),简称系统。 它包含极大量的分子、原子。 外界:热力学系统以外的物体,若热力学系统不受外界影响,即系统与外界不交
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