03基础物理学第3版第05章气体动理论1.ppt

第五章 分子物理学CHAPTER 5 MOLECULAR PHYSICS;热学——研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影 响， 以及与物质其他运动形态之间的转化规律。 热运动——组成宏观物体的大量微观粒子的一种永不停息的无规则运动。;※ 热力学是研究物质热运动的宏观理论。从基本实验定律出发，通过逻辑推理和数学演绎，找出物质各种宏观性质的关系，得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论。;第五章 气体动理论;第一节 理想气体物态方程;;;1. 如何理解准静态过程是个理想化的物理模型？ 2. 如何理解理想气体模型？;1.宏观物体是由大量分子所组成的。 2.物体内的分子都在永不停息的运动着。 3.分子间有相互作用力。;气体分子热运动(chaotic motion)基本特征：;平衡态理想气体的统计假设;※ 气体压强是大量分子不断碰撞容器壁的结果;压强公式的推导;一次碰撞后，分子动量的改变：;;;1. 为什么在推导气体压强公式时，不考虑分子之间的碰撞？;;;温度的微观本质;;1. 试计算室温(300k)下，可以试分子产生的平动动能是多少焦耳？ 2. 在同一温度下，各种分子的平均平动动能相等，压强相等吗？如何具体确定压强的值？;第四节 能量均分定理;描述一个物体在空间的位置所需的独立坐标称为该物体的自由度。决定一个物体在空间的位置所需的独立坐标数，称为该物体的自由度数。;一自由度 ：确定一个物体在空间的位置时，需要引入的独立坐标的数目，用符号 i 表示。;三个平动自由度，三个转动自由度： t = 3 ，r = 3;;;;;1. 如何理解分子内部的转动，振动和平动模式，各自的特点是什么？ 2. 刚性多原子分子的自由度数6是如何确定的？;对大量偶然事件统计;注意到在h→h+dh区间内的人数为 ，同样可以求得这次高考成绩的平均分数为： ;对大量分子的整体，在一定条件下，实验和理论都证明它们的速率分布遵从一定的统计规律。 理想气体分子按速率间隔分布的规律称为麦克斯韦速率分布规律。为了寻找这一规律，把速率分成很多小的区间△v，以△N 表示N 个分子分布在区间 v→v+△v中的分子数，可 以做出如下的分布曲线：;;;分布函数f(v)为速率v的连续函数。注意到以下一些表达式的物理意义:;在麦克斯韦速率分布曲线下的任意一块面积等于相应速率区间内分子数占总分子数的百分比。;1、最概然速率 (most probable speed)，与速率分布曲线上的最大值相对应：;3、方均根速率(root-mean-square speed );f(v);例 计算He原子和N2分子在20 ?C时的方均根速率。;分子碰撞;平均碰撞频率 ：单位时间内分子与其它分子发生碰撞的平均次数。;斯特恩(O. Stern)于1920年最早在实验中测定了分子速率。之后，许多实验成功地证实了麦克斯韦速率分布规律。现简要说明蔡特曼( Zartman ) 和我国葛正权在1930~1934年测定分子速率的实验装置。;分子速率测定实验;1955年,利用已经相当成熟的分子束实验技术,美国哥伦比亚大学的密勒(R.C.Miller)和库什(P.Kusch)以更高的分辨率，更强的分子射束和螺旋槽速度选择器，测量了钾和铊的蒸汽分子的速率分布,所得实验数据与理论曲线符合得极好。;第五节麦克斯韦速率分布律 ;第六节 真实气体;将一定量的气体等温压缩，在压缩过程中P和V的关系曲线称为等温线。从图中可以看出 P-V 平面有四个区域：气体、汽体、汽液共存和液体。;实际气体的分子之间存在相互作用力，可近似表示为：;范德瓦耳斯方程对理想气体物态方程进行修正，将真实气体看成相互有吸引力的刚性球的集合。它的形式简单、物理意义明确。;;临界温度的确定对于我们认识物质形态有哪些意义？;第七节 液体的表面现象;;;表面张力系数;（2）从做功的角度定义：;例1:一大水银滴掉到地上变成许多小水银滴，一段时间后，小水银滴又自动溶到一起变成大水银滴，试分析这两个过程中能量的变化过程。 ;1.把长为2cm的钢针轻放在表面张力为?=10-2 N·m-1的液体表面上，并使钢针浮在液面上，钢针的重量为：;;;Ps;由于液面的弯曲，在凹形一方的压强，总比凸形一方的压强大些。至于附加压强的大小，是与液体表面张力系数与曲率半径有关。 从理论上可以证明，一个半径为R，表面张力系数为? 的球形液面的内外压强差为;上图是在一个连通管的两端各吹一个半径不等的肥皂泡，打开中间活塞，使两个泡相通，会看到小泡不断变小，而大泡不断变大，最后达到平衡。 ;2.毛细现象 ;把一根细管插入液体中，由于浸