文档介绍：有关概念:
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)。
分子物理学与热力学的研究对象: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)
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)
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两的统计平均值。
分子物理学研究方法: 建立宏观量与微观量统计平均值的关系从微观角度来说明宏观现象的本质。分子物理学是一种微观理论。
热力学研究方法: 实验定律为基础,从能量观点出发,研究热现象的宏观规律。它是一种宏观理论。
一、热学的基本概念
热学是物理学的一个重要分支学科,它研究的是热现象的宏观特征及其微观本质。热学研究的对象是大量粒子(如原子、分子)组成的物质体系,称为热力学系统或简称系统。
二、分子运动的基本概念
从微观上看,热现象是组成系统的大量粒子热运动的集体表现,热运动也称为分子运动、分子热运动。它是不同于机械运动的一种更加复杂的物质运动形式。因此,对于大量粒子的无规则热运动,不可能像力学中那样,对每个粒子的运动进行逐个的描述,而只能探索它的群体运动规律。就单个粒子而言,由于受到其它粒子的复杂作用,其具体的运动过程可以变化万千,具有极大的偶然性;但在总体上,运动却在一定条件下遵循确定的规律,如分子的速率分布,平均碰撞频率等,正是这种特点,使得统计方法在研究热运动时得到广泛应用,从而形成了统计物理学。统计物理学是从物质的微观结构出发,依据每个粒子所遵循的力学规律,用统计的方法来推求宏观量与微观量统计平均值之间的关系,解释与揭示系统宏观热现象及其有关规律的微观本质。
三、相关的一些概念
通常我们把描述单个粒子运动状态的物理量称为微观量,如粒子的质量、位置、动量、能量等,相应的用系统中各粒子的微观量描述的系统状态,称为微观态;描述系统整体特性的可观测物理量称为宏观量,如温度、压强、热容等,相应的用一组宏观量描述的系统状态,称为宏观态。
四、热学相关内容的分类
按研究角度和研究方法的不同,热学可分成热力学和气体动理论两个组成部分。
热力学不涉及物质的微观结构,只是根据由观察和实验所总结得到的热力学规律,用严密的逻辑推理方法,着重分析研究系统在物态变化过程中有关热功转换等关系和实现条件。而气体动理论则是从物质的微观结构出发,依据每个粒子所遵循的力学规律,用统计的方法来推求宏观量与微观量统计平均值之间的关系,解释并揭示系统宏观热现象及其有关规律的微观本质。可见热力学与气体动理论的研究对象是一致的,但是研究的角度和方法却截然不同。在对热运动的研究上,气体动理论和热力学二者起到了相辅相成的作用。热力学的研究成果,可以用来检验微观气体动理论的正确性;气体动理论所揭示的微观机制,可以使热力学理论获得更深刻的意义。
第五章气体动理论
§5-1平衡态理想气体的状态方程
一、状态参量
用来描述气体状态的物理量称为状态参量。一般用气体体积,压强和温度来作为状态参量。
注意: ⑴是气体分子能到达的空间体积,单位:
⑵是气体作用于器壁单位面积上的正压力,单位:帕斯卡(Pa)。有时也用下面单位:
⑶温度是描述物体冷热程度的物理量。表示温度常用两种温标(温度的标尺)来表示,即
温标
与关系:
当系统处于平衡态时,系统的宏观性质将不再随时间变化,因此可以使用相应的物理量来具体描述系统的状态。这些物理量通称为状态参量,或简称态参量。在这里我们将给大家介绍体积V、压强P和温度T这三个状态参量。在实际问题中,用那些参量才能对系统的状态描述完全,是由系统本身的性质和所研究的问题决定。
1、体积
气体的体积,通常是指组成系统的分子的活动范围。由于分子的热运动,容器中的气体总是分散在容器中的各个空间部分,因此气体的体积,也就是盛气体容器的容积,在国际单位制中,体积的单位是米
3,用符号m3表示,常用单位还有升,用符号L表示。
2、压强: 气体的压强,表现为气体对容器壁单位面积上产生的压力,是大量气体分子频繁碰撞容器壁产生的平均冲力的宏观表现,显然与分子无规则热运动的频繁程度和剧烈程度有关。在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,用符号Pa表示,常用的压强单位还有:厘米***高、标准大气压等,它们与帕斯卡的关系是:
1cmHg(厘米***高)=×103Pa
1atm(标准大气压)=76cmHg=×105Pa
3、温度
体积V和压强P都不是热学所特有的,体积属于几何参量,压强属于力学参量,而且它们都不能直接表征系统的“冷热”程度。因此,在热学中还必须引进一个新的物理量——温度来描述状态的热学性质。
气体的温度