文档介绍：第二篇
热学
Heat
第7章气体分子热运动 5课时
第7章气体分子热运动
§ 7—1 热学的几个基本概念
§7—2 统计的基本思想
§7—3 理想气体的压强公式
§7—4 温度的微观解释
§7—5 能量均分定理理想气体的内能
§7—6 麦克斯韦分子按速率分布定律
§7—7 气体分子的平均自由程
§7—8 真实气体的范德瓦尔斯方程
热学是研究物体热运动的性质和规律的学科
1. 宏观物体:由大量微观粒子组成。
2. 热运动:指宏观物体内大量微观粒子无规则的运动。
3. 研究热运动的方法:
宏观:实验的方法
微观:统计的方法
热力学
分子物理
重点研究: 理想气体的热运动
从组成气体的分子、原子的运动和相互作用出发
每个分子遵循力学规律。
用统计的方法阐明大量分子热运动的性质及规律。
( 统计物理)
有固、液、气体,等离子体,辐射场,生命体等。
§ 7—1 热学的几个基本概念
一定质量的气体,
2. 热运动的基本特征:
1. 平衡态:
(又称热动平衡态,是一种理想状态)
* 1mol 的气体中含有 N= 1023 个分子
*气体两分子间的平均距离是本身线度 10 -10m 的10 倍
*分子热运动的平均速率是
*分子的平均碰撞频率是
(10亿次)
*平均自由程
总之,分子在作杂乱无章的永不停息的热运动
与外界无能量交换,
内部无化学反应、
仅由于分子热运动使气体内各部分达到:
密度均匀、
温度 T 均匀、
压强 P 均匀的状态。
核反应,
3. 微观量与宏观量
微观量:表征单个分子特征的物理量如:分子的大小d、位置 r、速度 v、质量 m、能量 E 等。
宏观量:反映整个气体系统宏观性质的物理量,如:
体积V、压强P、温度T、热容量C 等
关系:个别分子的运动无规则,大量分子的集体表现一定存在一种统计规律。
用统计的方法,求大量分子的微观量的统计平均值来解释实验中所测得的宏观性质
§7—2 统计的基本思想
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)
抓的次数多了,就看出规律来了。例:抓了三万次,
:10100个, 9900个, 10000个
统计一下结果,发现:
大量事件遵循的规律叫统计
规律。如例1 这种方法,叫统计方法。
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、统计方法:
2. “几率”的概念:
例1中各种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:
下面用统计的观点研究红色小球出现的几率:
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。
用数学式归纳为:
显然,三色球出现的总几率是:
这叫几率的归一化条件。
抓球的次数越多,
所得结果越准确。
4. 几率的归一化条件:
:10100个, 9900个, 10000个
一定!
例2. 在标准状态下,1cm3 气体分子个数的数量级是 N=1019 个,问:在各个方向上 N个分子速率的平均值有什么关系?
z
y
x
v
v
v
=
=
按统计的观点各方向上分子速率的统计平均值相等:
显然,
其中
我们可以对容器中处于热动平衡下的大量气体分子作如下统计假设:
(1)容器中任一位置处单位体积的分子数不比其它位置占优势
(2)分子沿任何方向运动(个数、速率)不比其它方向占优势
z
y
x
v
v
v
=
=