理想气体的压强、温度的微观意义.ppt

1,第七章,气体动理论,2,热力学系统：热力学的研究对象称为热力学系统，是由大量刚性分子构成的质点系，采取统计平均的方法研究其热运动宏观微观关系及规律。,热平衡态：在外界条件一定的情况下，系统内部各处均匀一致，宏观性质不随时间t改变。,当A、B分别与C达到热平衡态时，A、B也必然达到热平衡态，热平衡的这种传递性称为热力学第零定律。它们具有共同的、稳定的宏观性质，称为温度。,温标：用于衡量温度高低，有热力学温标、摄氏温标、华氏温标。,3,理想气体处于热平衡态下时，各状态参量之间的关系。,1.什么是理想气体,理想气体是一种理想化的模型，它的模型有两种。,宏观模型,温度不太低,压强不太高,微观模型,分子间的作用力不计,分子的体积不计,两种模型是等价的，当气体的压强较低时，气体较稀薄，分子间的距离较大，则分子间的作用力可忽略不计，且分子间的距离远远大于分子本身的线度，分子的体积也可忽略不计。,4,2.状态参量的含义,（1）压强P,从力学角度描写气体状态的物理量。气体分子作用于单位面积的压力。,国际单位：牛顿/米2，Nm-2,帕（Pa）,1Pa=1Nm-2,常用单位大气压，atm：1atm=1.013105Pa,其它单位：托，Torr1Torr=1mmHg=1.333102Pa,5,国际单位：米3，m3,常用单位：升，l1m3=103l,（3）温度T:从热学角度描写气体状态的物理量。国际单位：绝对温标T开，k常用单位：摄氏温标t度，,（4）物质的量：摩尔数,气体质量,摩尔质量,（2）体积V气体分子活动的空间体积。对于理想气体分子大小不计，分子活动的空间体积就是容器的体积。,单位：摩尔，mol,6,（5）普适气体恒量R,1摩尔气体在标准状态下：,或,1摩尔的气体含有NA=6.0231023个分子。NA称为阿弗加德罗常数。,7,.理想气体,.处在热平衡态,理想气体状态方程适用条件,理想气体状态方程：单位要配套使用,8,例1：一氧气瓶盛有体积为V1=30l，压强为P1=130atm的氧气，若压强下降到P2=10atm,就应停止使用重新灌气，有一车间每天用掉P3=1atm、V3=40l的氧气，问这瓶氧气能用几天？设使用中温度不变。,解：由理想气体状态方程：,原氧气瓶内质量,氧气瓶剩余质量,每天使用氧气质量,使用的天数,使用的天数,9,1.气体的微观动力学模型,从气体分子运动论出发运用力学规律和统计平均方法，解释气体的宏观现象和规律，并建立宏观量与微观量之间的关系。,1.气体是由大量刚性分子（或原子）组成,分子在不停地作无规则的热运动。（小刚体模型）,2.分子之间只在发生碰撞时才发生相互作用，而且是完全弹性碰撞，服从牛顿力学规律。,10,利用上述观点，若气体系统中有N个分子，每个分子质量为m0，气体质量m=Nm0摩尔质量M=NAm0,压强P可以表示为,令：n表示分子数密度，,k表示玻尔兹曼常数,得到：p=nkT,11,压强是由于大量气体分子对容器壁碰撞的结果。,例如：篮球充气后，球内产生压强，是由大量气体分子对球壁碰撞的结果。,2、压强的统计解释,可以由以下的假设导出气体的压强公式：,1、分子在容器中运动服从经典力学规律。2、除碰撞的瞬间外，分子与容器壁无相互作用，分子之间无相互作用。3、气体分子与容器壁，气体分子之间的碰撞是弹性碰撞。,12,分子在x方向的平均速度：,由于分子沿x轴正向和x轴负向的运动概率是相同的，因此，在x方向上分子的平均速度为0。,同样有,分子速度在x方向的平方平均值：,统计学假设：,13,同理，分子速度在y、z方向的平方平均值：,由于分子在x、y、z三个方向上没有哪个方向的运动占优势，所以，分子的三个速度平方平均值相等。,分子速度的平方平均值为：,14,则,设长方形容器的边长分别为x、y、z。体积为V，其中有N个分子，分子的质量为m0，视为弹性小球。,单位体积内的分子数n:,15,1.跟踪一个分子，某一时刻的速度为v，在x方向的分量为vx。,2.分子以vx向A1面碰撞，并以-vx弹回，分子受A1面的冲量,由牛顿第三定律，A1面受到分子的冲量为:,16,3.分子与A2面发生碰撞后，又与A1面发生碰撞，相继两次对A1面碰撞所用的时间：,单位时间内对A1面的碰撞次数为：,4.单位时间一个分子对A1面的冲量（即平均冲力）为：,17,5.容器内N个分子对器壁的平均冲力为：,6.A1面受到的压强为：,体积V为：,则压强,上下同乘N得,18,由,和,压强公式：,分子平均平移(动）动能：,压强公式又可表示为：,19,1.压强是由于大量气体分子碰撞器壁产生的，它是对大量分子统计平均的结果。对单个分子无压强的概念。,2.压强公式体现了宏观量压强P与微观气体分子运动之间的关系。,3.分子数密度越大，压强越大。分子运动得越激烈，压强越大。,20,压强公式解释了宏观的压强与微观的气体分子运动之间的关系。,与,温度公式：,比较有,1.温度是对大量分子热运动的统计平均结果，对个别分子温度无意义。2.分子运动得越激烈，温度越高。温度是分子平均平移（动）动能的标志。,3、温度的统计意义,21,4.由温度公式可计算某一温度下气体的方均根速率。,3.不同气体温度相同，平均平动动能相同。,例：求27C的空气方均根速率。（空气的摩尔质量为29g/mol）,解：,