气体动力理论

单击此处编辑母版标题样式,2021/3/14,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,2021/3/14,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/14,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/3/14,*,单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,气体动力理论,二、研究方法,宏观量：,微观量：,描述宏观物体特性的物理量；如温度,T,、压强,P,、体积,V,、热容量,C,等。,描述微观粒子特征的物理量；如质量,、速度,v,、能量,等。,宏观理论热力学观察和实验,微观理论分子动理论利用力学规律, 统计平均方法,2,7.1,平衡态 理想气体状态方程,热力学系统,热力学所研究的具体对象，简称系统。,系统是由大量分子组成，如汽缸中的气体。,一、 气体的状态参量,体积,V,、压强,p,、温度,T,状态参量,描写系统运动状态的物理量,1.,气体所占的体积,V,气体分子运动能够到达的空间范围；,单位： ，,第,7,章 气体动理论,3,2.,压强,P,气体作用在容器内壁单位面积上的平均垂直作用力；,常用单位：,3.,温度,T,：表示物体的冷热程度；定量描述温度需用温标，,t,T,1987,年，第,18,届国际计量大会确认开氏温标为热,力学温标，与摄氏温标的关系为：,0,C,K,4,二、 平衡态、平衡过程,宏观性质不变,不受外界影响,1、平衡态：在没有外界影响的情况下，系统各局部的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。,说明,(1),不受外界影响是指系统与外界没有能量和粒子交换。如：,两头分别处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；,低温,T,2,高温,T,1,(2),平衡是热动平衡。,5,无限缓慢地压缩,平衡过程在,p-V,图上用一条曲线表示；,2,、平衡过程：,每一中间状态都可近似看作为平衡态的过程，又称准静态过程；,“无限缓慢：系统变化的过程时间 “驰豫时间；,(3),平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值,(,p,V,T,),表示。即：,p-V,图上的一个点,6,一定质量的理想气体,p,，,V,，,T,满足：,标准状态：,7.2,理想气体状态方程,-普适气体常数,用R 表示,实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下,，可当作理想气体处理。,7,-,摩尔数,即：,对,m,kg,的理想气体，状态关系：,-,理想气体状态方程,设,N,为,m,kg,气体的分子数,N,o,为,1 mol,气体的分子数,为一个分子的质量,8,即,其中,-,玻尔兹曼常数,n,=,N,/,V,-,分子数密度,理想气体状态方程,三种形式,9,例,1,氧气瓶容积为,3.210,-2,m,3,，其中氧气压强为,1.310,7,Pa,。氧气厂规定压强降到,10,6,Pa,时就要重新充气。设某实验室每天用,1,atm,的氧气,m,3,问在温度不变的情况下，一瓶氧气能用多少天,?,解：设使用前后瓶中氧气质量分别为,m,1,、,m,2,每天使用氧气质量为,m,3,可用天数,10,解：,由,P,=,n k T,例,2,求标准状态下,1cm,3,空气中所含的分子数,洛喜密脱恒量,n,0,=,2.6810,19,个,/,cm,-3,11,例,3,设空气中含有,23.6%,氧和,76.4%,氮,求在压强,p,=10,5,Pa,和温度,T,=17,o,C,时空气的密度。,解：设空气中氧和氮的质量分别为,m,1,、,m,2,，摩尔质量分别为,M,1,、,M,2,由道尔顿分压定理,空气压强,代入上式,12,分子的观点：宏观物质由大量不连续的微观粒子,(,分子或原子,),组成；,分子运动的观点：分子都在不停地作无规那么的热运动；,一. 气体分子运动论根本观点,分子力的观点：分子之间有相互作用力,-,引力和斥力；,7.3,理想气体的压强公式,13,r,o,：平衡距离,10,-10,m,-,此时合力为零,时分子力可忽略,r,v,p,的分子的平均速率。,解：,v,v,p,的分子总数,v,v,p,的分子的速率之和,43,例,3,1000,如图为氢气和氧气分子在相同温度下的麦克斯韦速率分布曲线,则,O,2,的,H,2,的,由,1000m/s,4000m/s,1128m/s,4514m/s,1225m/s,4899m/s,44,例,4,有平衡状态下,0,o,C,的氧气，求：,1,该状态下 氧气分子的最可几速率,v,p,？,2,速率在,300-310m/s,区间内分子数,占总分子数的,百分率,解：,1,超音速!,2,速率区间较小，可用,由：,45,7.6.4,气体分子速率分布的测定,1920,年斯特恩从实验上证实了速率分布定律。,L,金属,蒸汽,方向选择,速率选择器,屏,v,1934,年我国物理学家葛正权用实验测定了分子 的速率分布。,46,气体分子的 与其整体 的迁移速率是不同的；,正是碰撞，使能量、动量发生交换，气体才从非平衡态走向平衡态；,A,B,气体分子碰撞的作用,:,使分子速度有稳定分布,(,平衡态下,),实现能量均分,使气体由非平衡态,平衡态,7.8,分子的平均碰撞频率和平均自由程,47,一. 根本概 念,平均碰撞次数 ：一个分子在单位时间内与其它分子碰撞次数的平均值；,平均自由程 ：一个分子连续两次碰撞之 间所经过路程的平均值；,三者关系：,48,二、计算,(,对同一类分子,),分子视为弹性小球，有效直径为,d,，速率为 ，碰撞后速率仍为,1.,考虑一个分子运动，其它分子静止,运动分子在,1,秒内与其它分子的平均碰撞次数为,49,3.,分子的平均自由程,2.,考虑所有的分子都在运动,平均碰撞次数为,50,例,1,计算氧气在标准状态下分子平均碰撞次数和平均自由程。设氧气分子的有效直径为,d,=2.910,-10,m,解：标准状态,51,例,直径,5,厘米的容器,内部充满氮气,真空度,10,-3,P,a,求,:,常温,(,293K,),下平均自由程的理论计算值。,解：,52,谢谢大家！,