2、分子运动论2
分子运动理论
2500年前,古希 腊学者德谟克利 特认为“世界上 有无数很小的不 可再分的粒子组 成”。
1811年,意大利 科学家阿伏伽德 罗提出分子概念, 认为分子是保持 物质化学性质的 最小微粒。
今天,通过电子 显微镜,科学家 不仅可以清晰地 看到物质的分子, 还能看到分子的 更微小结构。
用电子显微镜观察到的石墨 烯表面分子的排列
5.1 温度 温标
分子动理论
2500年前,一位古希 腊学者提出这样一个 问题:试想我们把一 颗沙糖分成两半,每 一半都是砂糖。再把 其中的一半分成两半, 每一半还是甜的……., 如此不断分割下去, 有没有一个限度呢?
早在我国春秋战国 时期,墨子就提出 了物体不断分割到 最小的一点,称为 “端”。
三十天
分子动理论之二:分子在不停地做无规 则运动 1、由于分子运动,某种物质逐渐进入到 另一种物质中的现象叫做扩散; 2、扩算现象说明:分子在永不停息地做 无规则运动(也说明分子间存在间隙); 3、气体、液体、固体中的分子都会发生 扩散现象(扩散速度越来越慢); 4、分子具有动能。
生活、生产中利用分子运动的事例 在汤里加些盐, 整个锅里都会 有咸味。
分子动理论之一:物体是有分子组 成的。
1、分子能保持物质原来的性质 2、分子很小,直径大约为1个 水分子,若将这些水分子平 摊到整个地面上,1平方厘米 大约能分到400个水分子。
德谟克利特认识 到花香扑鼻是因 为扩散
例:硫酸铜和水的扩散
十天
二十天
用力可以忽略。
固态、液态、气态分子间相互作用图
分子动理论的基本内容:
1、物质是由分子组成的。 2、分子在不停的做无规则运动。 3、分子间存在相互作用力——引
力和斥力。
将硼、磷等物 质扩散到纯净 的硅晶体中, 可以制成各种 性能半导体。
第二章 气体分子运动论的基本概念_电子教案白
(1)d 可视为分子力程;数量级在 10 为分子直径(有效直径) 。 (2)分子力是电性力,大于万有引力
第五节 范德瓦耳斯气体的压强
1873 年,范德瓦尔斯方程。 理想气体:T 较高,p 较小。真实气体:T 较低,p 较大。 问题:考虑分子体积和分子间引力。 研究方法: 1、 2、 3、 实验—规律(经验公式)—准确性高但应用范围狭窄 建立模型—统计运算—统计规律—应用范围广,但准确性 两者结合,互相修正、补充
∑v
i =1
N
2 ix
m0 N 2 F N 2 N = vix = ⋅ m0 ∑ vix / N = nm0 vx 2 压强 P = ∑ l2l3 l1l2l3 i =1 l1l2l3 i =1
N (单位体积内分子数) 分子数密度 n = l1l2l3
2 v x = ∑ vix /N 2 i =1 N
p=
RT − ∆p Vm − b
∆p ——气体的内压强
∆p =(单位时间内与单位面积器壁相碰的分子数) × 2∆k
△k表示分子进入气体界面层时由于受到指向气体内部的平均拉 力作用所产生的平均动量减少量。
Q ∆k ∝ n
1 ∆ p ∝ n ∝ ∴ 2 得 Vm
2
∆p =
a 2 Vm
a 由气体的性质决定。
例:容积11.2L真空系统抽到1.0×10-5mmHg真空。经300℃烘 烤释放吸附气体。烘烤后压强增为1.0×10-2mmHg,问器壁原 来吸附了多少个气体分子。 解:设烘烤前分子数为N0,烘烤后分子数为N1 。
pV = NkT
3
∆ N = N1 − N 0 =
p1V p0V V p1 p0 − = ( − ) kT1 kT0 k T1 T0
分子动理论的基本内容
分子动理论的基本内容
分子动理论是研究物质微观结构和宏观性质之间关系的理论,它是热力学和统计物理学的基础,对于理解物质的热力学性质和运动规律具有重要意义。
分子动理论的基本内容包括分子的运动状态、分子间的相互作用以及与宏观性质的关联等方面。
首先,我们来看分子的运动状态。
根据分子动理论,分子具有三种基本的运动状态,即平动、转动和振动。
平动是指分子沿各个方向做直线运动,转动是指分子围绕自身中心进行旋转运动,振动是指分子内部原子相对位置的周期性变化。
这些运动状态决定了物质的宏观性质,如固体、液体和气体的状态。
其次,分子间的相互作用也是分子动理论的重要内容。
分子之间存在各种相互作用力,包括范德华力、静电力、共价键和离子键等。
这些相互作用力决定了物质的热力学性质,如融化点、沸点、热容等。
此外,分子间的相互作用还决定了物质的化学性质,如溶解度、反应活性等。
最后,分子动理论还涉及到分子与宏观性质之间的关联。
根据分子动理论,宏观性质可以通过分子的平均运动状态来描述,如温度可以看作是分子平均动能的度量,压强可以看作是分子对容器壁的撞击力。
因此,分子动理论为我们提供了一种从微观角度理解宏观性质的方法,为热力学和统计物理学的发展提供了重要的理论基础。
总之,分子动理论是研究物质微观结构和宏观性质之间关系的重要理论,它涉及到分子的运动状态、分子间的相互作用以及与宏观性质的关联。
通过深入理解分子动理论的基本内容,我们可以更好地理解物质的性质和行为,为科学研究和工程实践提供理论指导。
2分子动理论
分析: 分析:
(1) r = r0 (约10-10m) F=0
(2) r < r0 斥力
曲线很陡,斥力很大。 曲线很陡,斥力很大。
(3) r > r0
引力
E p 最小
(4) r = r0
统计规律 大量偶然事件的集合所表现的规律。 大量偶然事件的集合所表现的规律。
若无小钉: 若无小钉:必然事件 若有小钉: 若有小钉:偶然事件 少量小球的分布每次不同 大量小球的分布近似相同 结论: 结论: 统计规律是大量偶然事件的 统计规律是大量偶然事件的 大量 总体所遵从的规律 所遵从的规律。 总体所遵从的规律。 ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................. ................. .................
单原子
ε总
i = kT 2
双原子 多原子
3 ε 总 = kT 2 5 ε 总 = kT 2 ε 总 = 3kT
i RT 2
1mol 理想气体的平均总动能 理想气体的平均总动能
练习题 将水蒸汽分解成相同温度的氢气和氧气, 将水蒸汽分解成相同温度的氢气和氧气,求 内能(平均动能) 内能(平均动能)增加的百分比 。 解
例1. 理想气体系统由氧气组成,压强 =1 atm, 理想气体系统由氧气组成,压强P , 温度T 温度 = 27oC。 。 求(1)单位体积内的分子数; )单位体积内的分子数; (2)分子的平均平动动能 )分子的平均平动动能.
) 解 (1)
p 1 .013 × 10 5 n= = = 2 .45 × 10 25 m − 3 kT 1 . 38 × 10 − 23 × 300
分子运动的理论
分子运动的理论
分子运动理论,也称为热力学研究中的热动力学,是一种由法国科学家拉斯,博罗钦在1860年开发的理论,它利用统计学原理来研究物
质处于静止状态能源的分布和变化以及物质在自然系统中不同状态之
间交换能量和物质的能力。
分子运动理论涉及特定状态的物质中的分子运动,以及分子之间的相互作用。
它还涉及如何确定特定分子的分布和变化,以及分子的受到的压力等因素如何影响这些变化。
分子运动理论可以说是动力学以及统计物理学的基础理论。
它是由热力学及分子物理学组成的,用来研究在特定条件下,物质中分子或原子运动以及相关之间的能量和物质的交换及其变化的过程。
该理论在不稳定的状态中至少提供了削近的计算方法,旨在解释热不定性现象的实质,并提供连续模型去模拟和研究应用于生物、物理、化学和地球物理学的实际研究中的现象的发生机制。
分子运动理论可以用来对非平衡态系统的性质和变化进行确定。
例如,可以用它来研究多元体系如气体、液体、凝固液体和固态体系中的分子如何移动和相互作用,以及如何改变系统的状态,以及它们受到其他外部因素(如温度、压力等)的影响是如何造成物质变化的。
因此,可以看出,分子运动理论在热力学和统计物理学中占有重要的地位,为研究物质现象和变化的原因及其机制提供了有力的理论支撑。
分子动理论2(玻耳兹曼分布范氏自由程)
程
目录
• 引言 • 玻耳兹曼分布 • 范氏自由程 • 玻耳兹曼分布与范氏自由程的关系 • 结论
01
引言
主题简介
玻耳兹曼分布
描述气体分子在平衡态下,分子 速度分布的概率密度函数。
范氏自由程
分子在连续两次碰撞之间所走的 平均距离。
重要性及应用领域
物理学
气体分子运动论、热力学、统计物理等领域的基 础理论。
对未来研究的展望
1
随着科学技术的发展,我们需要进一步深入研究 微观粒子的运动规律和相互作用机制,探索更深 入的理论和模型。
2
我们需要加强跨学科的合作和研究,将分子动理 论与其他学科的理论和方法相结合,科研人才,加强 科研队伍的建设,为未来的科学研究和发展提供 有力的人才保障。
03
范氏自由程
范氏自由程的定义
01
范氏自由程是指分子在两次碰撞之间所走的平均距离。
02
它与气体分子的平均碰撞频率和分子的平均热运动速度有关 。
03
范氏自由程是分子动理论中的一个重要概念,用于描述气体 分子间的相互作用和运动特性。
范氏自由程的推导
01
通过气体分子的平均碰撞频率和分子的平均热运动速
范氏自由程则可以用来研究气体分子的输运性质,如扩散、 热传导和黏滞等现象。通过对范氏自由程的研究,可以深 入了解气体分子的微观运动规律。
对微观世界理解的意义
01
玻耳兹曼分布和范氏自由程对 于我们理解微观世界具有重要 的意义。
02
通过这两个概念,我们可以更 好地理解分子之间的相互作用 和运动规律,从而深入探究物 质的本质和变化规律。
这个分布函数描述了分子在某一特定速度v下的概率密度,反 映了气体分子速度分布的概率特征。
《分子运动论》课件
分子光谱的应用
01
02
03
化学分析
通过分析物质的分子光谱 ,可以确定物质的化学组 成和结构。
环境监测
利用分子光谱技术可以监 测大气中污染物的浓度和 分布。
生物医学研究
分子光谱技术可以用于研 究生物分子的结构和功能 ,以及疾病的诊断和治疗 。
05
CATALOGUE
分子力学的应用
分子力学的物理意义
分子力学可以用来模拟药物分子的结 构和性质,从而优化药物的设计和开 发。
材料科学
通过分子力学模拟,可以预测新材料 的性质和行为,为材料的设计和改进 提供指导。
化学反应动力学
分子力学可以用来模拟化学反应过程 中分子的结构和运动,从而深入理解 化学反应的机理和速率。
生物学研究
分子力学可以用来模拟生物分子的结 构和行为,从而揭示生命过程的奥秘 和疾病的发生机制。
ห้องสมุดไป่ตู้
量达到平衡状态。
04
CATALOGUE
分子光谱学
分子光谱的分类
发射光谱
物质通过某种方式获得能量后 ,从基态跃迁至激发态,再从 激发态跃迁回基态时释放出的
光谱。
吸收光谱
物质吸收特定波长的光后,电 子从基态跃迁至激发态,再回 到基态时吸收的光谱。
转动光谱
分子内部的原子或分子的转动 产生的光谱,通常在远红外波 段。
总结词
介绍分子动理论在各个领域中的应用。
详细描述
分子动理论在多个领域中都有广泛的应用,如化学反应动力学、材料科学、生物学等。 通过研究分子的运动规律,可以深入了解物质的性质和变化过程,为各个领域的科学研 究和技术发展提供重要的理论支持。同时,分子动理论也是现代科学技术的重要基础之
第七章 分子动理论 第2讲 分子的热运动课件
探究二:布朗运动与热运动
1.研究对象:悬浮在液体或气体中的固体小颗粒,不是固
体颗粒中的单个分子,也不是液体分子. 2.影响因素:(1)固体颗粒越小,布朗运动越显著; (2)温度越高,布朗运动越剧烈. 3.原因:气体分子或液体分子对固体小微粒撞击不平衡. 4.特点:(1)布朗运动是永不停息的,说明液体(或气体)分 子的运动是永不停息的.
例3 如图1所示,是关于布朗运动的实验, 下列说法正确的是( )
A.图中记录的是分子无规则运动的情况
B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹
图1
C.实验中可以看到,微粒越大,布朗运动越明显
D.实验中可以看到,温度越高,布朗运动越剧烈
解析
图中记录的是每隔若干时间(如30 s)微粒位置的连
线,不是微粒运动的轨迹,也不是分子的无规则运动,
合作探究
探究一:扩散现象与热运动的关系: 1.发生扩散的条件
任何情况下都可以发生,与外界因素无关.
2.影响扩散的因素
(1)浓度差:总是从浓度大向浓度小处扩散,两边浓度相
同时,保持动态平衡; (2)物态:气态扩散最显著,液态次之,固态最慢;
(3)温度:在两种物质一定的前提下,温度越高,扩散现
象越显著. 3.扩散成因 扩散现象不是外界作用引起的,而是分子无规则运动的 直接结果,是分子永不停息做无规则热运动的实验证据. 4.扩散运动的两个特点:(1)永不停息;(2)无规则性.
C.水分子对炭粒的作用 解析
D.炭粒的无规则运动
在显微镜下只能看到大量分子的集合体 —— 炭粒
的无规则运动,而观察不到水分子和碳分子的运动.
发散练习 4 :在观察布朗运动时,从微粒在 a 点开始计时,
分子运动的理论
分子运动的理论分子运动的理论是有关分子运动和相关物理现象的一门学科,它是物理和化学领域中一个重要的分支。
它涉及到分子之间的相互作用,以及它们在物理和化学现象中的角色。
本文将从分子运动的概念出发,详细的介绍它的原理和技术,并讨论分子运动的实际应用。
一、分子运动的概念分子运动的概念源自物理学,它指的是构成物质的分子(含有小颗粒的气体和液体)所受的主要力,使它们在物体表面上发生运动的整个过程。
这是一个微观的现象,它受到微观环境(例如温度和压力)影响,也受到力学和电磁场作用,这些力也是由分子组成的,而分子的运动则受到外界环境的影响。
分子运动的实质是分子间相互作用的总和。
它可分为热力学运动(随机运动)和力学运动(有序运动),其中前者指分子间的热力学互动,后者指分子间的力学互动。
前者是衡量热能的流动,后者是主要影响化学反应的因素。
热力学运动会使温度和热能持续循环,而力学运动则可能产生化学变化,包括分子的结构的变化和新元素的形成。
二、分子运动的原理分子运动的原理是解释分子运动的一个概念,它是物理、化学和力学领域的一个重要概念。
它主要指的是分子间热力学和力学作用,包括电磁场、电磁力、重力等,这些力会影响分子间的运动。
分子运动的原理可分为三个方面:1.能的存在:分子间的热力学互动是构成分子运动的基础,它们有一种叫做“势能”的相互作用,即分子受到外界环境的作用会产生一种叫做“势能”的力,这种力会影响分子间的运动。
2.运动:温度越高,分子间的热力学作用就越强,越容易产生热运动。
温度越低,分子间的热力学作用就越弱,越不容易产生热运动。
3.学运动:力学运动是指分子间的力学作用,这种力受到外界环境的影响,通过力学系数的变化而变化,而这种力又会影响分子的运动,使其在物体表面产生有序运动。
三、分子运动的技术分子运动的技术主要由实验室和理论分析两部分组成。
实验室研究分子运动,例如气相色谱法测量分子间的热力学相互作用,以及测定分子间的力学相互作用;理论分析会利用数学和物理的方法来研究分子运动的原理和技术,研究分子间的各种相互作用,以及研究分子在不同环境中的运动。
高中物理热学知识点总结
一、分子运动论1.物质是由大量分子组成的2.分子永不停息地做无规则热运动(1)分子永不停息做无规则热运动的实验事实:扩散现象和布郎运动。
(2)布朗运动布朗运动是悬浮在液体(或气体)中的固体微粒的无规则运动。
布朗运动不是分子本身的运动,但它间接地反映了液体(气体)分子的无规则运动。
(3)实验中画出的布朗运动路线的折线,不是微粒运动的真实轨迹。
因为图中的每一段折线,是每隔30s时间观察到的微粒位置的连线,就是在这短短的30 s内,小颗粒的运动也是极不规则的。
(4)布朗运动产生的原因大量液体分子(或气体)永不停息地做无规则运动时,对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。
简言之:液体(或气体)分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。
(5)影响布朗运动激烈程度的因素固体微粒越小,温度越高,固体微粒周围的液体分子运动越不规则,对微粒碰撞的不平衡性越强,布朗运动越激烈。
(6)能在液体(或气体)中做布朗运动的微粒都是很小的,一般数量级在,这种微粒肉眼是看不到的,必须借助于显微镜。
3.分子间存在着相互作用力(1)分子间的引力和斥力同时存在,实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。
分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关,与分子的运动状态无关。
(2)分子间的引力和斥力都随分子间的距离r的增大而减小,随分子间的距离r的减小而增大,但斥力的变化比引力的变化快。
(3)分子力F和距离r的关系如下图4.物体的内能(1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能。
温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
(2)由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。
分子力做正功时分子势能减小;分子力作负功时分子势能增大。
当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。
不论r从r0增大还是减小,分子势能都将增大。
如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零,则分子势能随分子间距离而变的图象如上图。
(3)物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。
第二章 气体分子动理论 的基本概念
P=di/(dt*da)
dI为大量分子在dt时间内施加
在器壁dA面上的平均冲量。
设在体积为V的容器中储有N个质量为m的分子组成的理想气体。平衡态下,若忽略重力影响,则分子在容器中按位置的分布是均匀的。分子数密度为
n=N/V.
为讨论方便,将分子按速度分组,第i组分子的速度为vi(严格说在vi 附近)分子数为Ni,分子数密度为 ni=Ni/V,并有
n=n1+n2+……+ni+….=ni
平衡态下,器壁各处压强
相等,取直角坐标系,在
垂直于x轴的器壁上任取
一小面积dA,计算其所受
的压强(如右图)
Ek = 1/2*mv^2 分子平均动能
显示了宏观量与微观量的关系。
是力学原理与统计方法相结合得
出的统计规律。
压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 .
2-3温度的微观解释
理想气体状态方程的分子形式:
由第一章有 PV=RT
一摩尔气体
P =RT/(v- b) Байду номын сангаас
理论上 b 约为1mol气体分子本身体积的 4 倍
估算 b 值 ~ 10 -6 m3
通常 b 可忽略,但压强增大,容积与 b 可比拟时,
b 的修正就必须了。
实际 b 值要随压强变化而变化。
器壁附近分子受一
指向内的引力,降
低气体对器壁的压
力,称为内压强。
前 言
宏观物体是由大量微粒--分子(或原子)组成的。
物体中的分子处于永不停息的无规则运动中,其
激烈程度与温度有关。
分子之间存在着相互作用力。
第二章 分子运动论的基本概念
四、温度的微观意义
温度的微观意义:
1 2 3 t mv kT 2 2
绝对温度是分子热运动剧烈程度的度量
•是分子杂乱无章热运动的平均平动动能,它不包括整体定向运动动能。
•粒子的平均热运动动能与粒子质量无关,而仅与温度有关
气体分子的均方根速率:
vrms
3kT 3RT v m Mm
dN N 1)分子按位置的分布是均匀的 n dV V
2)分子沿各方向运动概率均等
分子运动速度
vi vix i viy j viz k
各方向运动概率均等
vx v y vz
2 vx
x方向速度平方的平均值
各方向运动概率均等
2 vx
1 2 vix N i
•一种理解指分子的大小
•两分子质心的最短距离---分子的有效直径
二、范德瓦耳斯方程 1、分子固有体积修正
RT RT Vm b 或p p Vm b
pi β
2、分子吸引力修正
p pi p内 p内 (Vm b) RT (考虑1m ol气体) RT p pi Vm b
标准状态下分子间平均距离:
1 1/ 3 1 1/ 3 9 L( ) ( ) m 3 . 3 10 m 25 n0 2.7 10
氮分子半径
3M m 1/ 3 3 1/ 3 r ( ) ( ) 2.作用力可忽略不计。 分子在两 次碰撞之间作自由的匀速直线运动 3、处于平衡态的理想气体,分子之间及分子与器壁间的碰撞是 完全弹性碰撞 4、分子的运动遵从经典力学的规律
压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 .
•
理想气体物态方程的另 一种形式p nkT
分子运动论
分子运动论
分子运动论(也称为统计力学)是一种解释物质的微观性质和宏观性质之间关系的理论,它试图描述分子和原子内部的动态运动对物质宏观性质的影响。
19世纪初,得到旋转分子动理论的布朗、威也尔特与光散射十分相关的瑞利与斯托克斯,分别在不同的研究领域逐渐奠定了分子运动论。
直到19世纪中期,基于测量逸散运动微粒作用的声学现象和热力学 observations ,人们才逐渐认识到物质中存在着微观的自由粒子运动。
分子运动论认为物质是由分子和原子组成的。
表示固体或液体的物质由分子或原子间的吸引力和相应间距的保持而保持,而气体则通过分子之间的碰撞和运动来定义。
在这个理论中,分子和原子具有动力学属性,例如质量、速度和动量,它们可以自由移动和相互交互。
分子运动论解释物质的热性质和热状态,例如温度和热容量。
温度被视为分子或原子运动动能的平均值,而热容量则是吸收或释放的热量与温度变化的比例。
分子运动论还可以解释物质的传导性,电导性和扩散性质。
分子运动论在化学、物理学、工程学和生物学等领域中都得到了广泛的应用。
它是一种有效的预测和解释物质的微观和宏观行为的工具,例如材料的物理性质和反应动力学。
分子运动论也引出了许多相关的理论,如动力学理论和量子力学,这些理论扩展了分子运动论,使我们更好地理解微观世界。
分子运动论3个基本观点
分子运动论3个基本观点
分子运动论是描述物质的微观运动的理论,它包含了以下三个基本观点:
1. 所有物质都是由极微小的不可再分的粒子组成的。
分子是构成物质的基本单位,例如原子是构成化学元素及化合物的基本单位,而分子是构成化合物的基本单位。
2. 分子不断地以无规则的、不受控制的方式进行运动。
分子的运动可以是热运动(热运动是由于分子的动能而引起的),也可以是化学反应中的反应运动(化学反应的速率和产物的选择性都取决于分子间的相互作用和运动)。
3. 物质的性质和行为是由分子的运动方式和相互作用决定的。
物质的性质,如颜色、硬度、电导率等,以及物质的行为,如融化、沸腾、溶解等,都是由分子的运动方式和相互作用所决定的。
分子运动论
分子运动论世界上许多科学家都相信,物质具有不同于微观粒子的更高级的形式。
牛顿的经典力学已经将宏观物体的运动完全解释清楚了,然而新的物理学必须从研究微观粒子开始。
1949年,美国科学家汤姆生和英国科学家薛定谔提出:微观粒子的运动,可以用波函数(即分子轨道)来描述。
它说明粒子不仅在空间中的位置会变,而且在时间中也是不断地改变的。
这种波函数是一个复数,在复平面上取极坐标,极坐标是空间中的三维坐标,可以通过实验测定。
为了能够定量地描述粒子的运动,他们把电磁波引进了这个新的复数,从此,就产生了波动方程,或称薛定谔方程。
生物化学的分子运动论是在总结了电化学的经验和规律的基础上建立起来的。
1913年,俄国物理学家弗洛伊德等人建立了“电解质溶液”的概念,把电解质看成是在溶液中溶解的原子和分子的集合体。
他们设想电解质中存在着这样的微粒群,并在每一个微粒群中假定相应的电磁场。
他们还做了如下的假定:在微粒群之间充满着连续的分布电导,其数值大约是当时可测得的最小电阻值的一万亿分之一。
由于电解质本身的性质限制,他们认为这样的场是不存在的,但实验证明电导的存在是正确的,并且发现,它只不过是一些像离子的小颗粒而已。
这种假定所涉及的问题还很多,例如,如何把溶液看成一个整体,如何解释扩散现象,等等。
然而,这一切只不过是刚刚开始,量子力学的发展又把电化学的分子运动论推向前进。
“分子动力学”(即经典力学和热力学在高温下体系的复杂状态中的综合),已经开辟了分子物理学的新天地。
20世纪初,人们发现,对于许多极其微小的物体来说,外界对它的作用不仅要通过力,而且还要通过热的形式才能实现。
这样,热传导的特性就成为微观粒子普遍具有的一种运动特征。
因此,人们推测,在分子内部除了受到分子间的作用力外,还存在着不同于分子间的某种强度较弱的力。
物理学家们根据经典物理学理论和统计力学的方法,研究和探索分子的内部结构,逐步形成了分子运动论。
后来,又加入了量子力学,这就组成了分子运动论,它几乎包含了当时物理学中关于分子的各种理论。
分子动理论
分子间既有引力又有斥力,就像被弹簧连着的小球
固态物质的分子排 液态物质的分子可 气态物质的分子 列规则,就像坐在 以移动,就像课间 几乎不受力的约 座位上的学生。 教室中的学生。 束,就像操场上
乱跑的学生。
分子动理论的基本内容小结:
势
吗
?
能
我是地
球,把
你拉下
来.
③被压缩的弹簧的各部分互相排斥而 具有势能。
讨论:互相排斥的分子之间有 没有势能呢?
分子动能 构成物质的分子都在做无规则的运动,因而 他们具有动能。物体内大量分子做无规则运 动所具有的能量称为分子动能。
分子势能
由于分子之间具有一定的距离,也有一定的 作用力,因而分子具有势能,称为分子势能。
第二节 分子热运动 内能
1. 物质的构成
如果把杯子打破,碎片还是玻璃。 经过多次分割,甚至碾成粉末,颗粒越分越 小,如果不断得分下去,有没有一个限度呢?
保持物质原来性质不变的最小微粒叫做分子
分子动理论的基本内容:
1.物质是由大量的分子组成的,分子间有空隙。
扫描隧道显微镜下的苯分子 高倍电子显微镜下的人体分子
一.内能的定义: 物体内部所有分子做无规则运动的动能 和分子势能的总和,叫做物体的内能。 因为物体内部大量分子的无规则运动跟 温度有直接关系,因此内能又叫做热能。
一切物体在任何情论:
影响扩散快慢的主要因素是:温度
分子运动的快慢与温度有关,温度越高,分 子运动越剧烈,扩散越快。
由于分子的运动跟温度有关,所以这种无规 则运动叫做 分子热运动。
问题1:既然分子在运动,那么固体和液 体中的分子为什么不会飞散开,而总是聚 合在一起,保持一定的体积呢?
物质的原理与方法论
物质的原理与方法论
物质的原理是指物质的本质和基本构成要素,以及物质的运动和变化规律。
物质的原理主要包括的内容有:
1. 原子论:物质由最基本的微观粒子——原子组成。
原子是不可分割的,不同元素由不同种类的原子组成。
2. 分子运动论:物质中的分子不断运动,具有热运动。
温度的提高会增加分子的热运动速度。
3. 能量守恒定律:物质中的能量可以转化形式,但总能量守恒不变。
能量的转化包括热能、机械能、电能等。
4. 化学反应:物质的组成可以通过化学反应改变,形成新的物质。
化学反应包括合成反应、分解反应、置换反应等。
5. 物质的三态:物质可以存在固态、液态、气态,这取决于分子之间的相对距离和相互作用力。
6. 物质的性质:不同物质具有不同的性质,包括物理性质和化学性质。
物理性质包括密度、熔点、沸点等,化学性质包括反应性、稳定性等。
物质的方法论是指研究物质的方法和科学研究物质的基本原则。
物质的方法论主要包括的内容有:
1. 实验方法:通过设计实验、观察实验现象和收集实验数据来研究物质的性质和规律。
2. 分析方法:通过化学分析和物理分析等方法,对物质进行定性和定量分析,从而了解物质的组成和性质。
3. 理论推导:通过建立理论模型和推导方程式,对物质的性质和变化进行描述和解释。
4. 综合方法:综合应用实验方法、分析方法和理论推导,通过多角度、多层次的研究,全面认识物质的特性和规律。
总体来说,物质的原理和方法论是物质科学研究的基础,通过对物质的原理和方法论的探寻和应用,可以更深入地了解和探索物质世界的奥秘。
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v
vp
麦克斯韦速率分布律
m 2 f (v ) 4 v2 e m—分子质量 2kT T—热力学温度 dN f (v ) N dv v 0 f (v ) 0
2、麦克斯韦分子速率分布律
3
mv 2 2 kT
v f (v ) 0 v v p f ( v )取极大值
6)物理量的平均值
q (v) q(v) f (v)dv
0
5、三种速率
1) 平均速率
q (v ) q(v ) f (v )dv
0
v vf (v )dv
0
2)方均根速率
8kT RT 8 RT 1.60 m
3 kT m
v v f ( v )dv
[伽尔顿 板实验]
一、 粒子数按空间位置X 分布(§5-2)
粒子数按空间 位置x 分布曲线
N : N个粒子中落在 x--x+△x区间的粒子数
...................................... ......................................................... ........................................
v v v
例 已知分子数
N ,分子质量 m ,分布函数
f (v) 求 1) 速率在 vp
在
vp ~
~ v 间的分子数; 2)速率
间所有分子动能之和 .
速率在
v v dv 间的分子数 dN Nf ( v)dv
1)
v Nf ( v)dv
p
v
2)
1 2 vp 2 mv Nf ( v)dv
H2
o
v p1 v p 2
v
o
vp 0 vpH
v
N2 分子在不同温 度下的速率分布
同一温度下不同 气体的速率分布
讨论
麦克斯韦速率分布中最概然速率
下面哪种表述正确?
vp
的概念
(A) p 是气体分子中大部分分子所具有的速率. (B) 是速率最大的速度值. p (C) p 是麦克斯韦速率分布函数的最大值. (D) 速率大小与最概然速率相近的气体分子的比 率最大.
2d
d
A
ut
C
A
凡是分子中心位于管内的分子(如B、C分子) 都将与A分子碰撞
B
A
t
2d
D
C d ut A
时间内 A分子将与分子中心位于管内的所有分子进行碰撞 nu t d 2 ,所以平均碰撞频率为: N 管中 nu d 2 z t t
考虑到其它分子都在运动,经过精确计算,得:
Nf ——速率附近单位速率区间的分子数
Nf d ——速率附近d速率区间内的分子数
2)速率分布曲线:
以速率 为横轴,f 为纵轴,绘出的曲线
麦克斯韦速率分布律
1859年麦克斯韦从理论上得到理想气体速率分布定律
三、麦克斯韦速率分布律
1、麦克斯韦速率分布曲线 f(v) f(vp)=fmax(v) 最概然速率 vp
df ( v ) dv
vp
0
o
vp
v
3、速率分布曲线的几何意义
1) 曲线下小面积 v v dv dN dN dS f (v )dv dv Ndv N ——速率在v—v+dv速率区间 的分子数占总分子数的百分比 2) 曲线下的面积
v2
f (v)
dN f (v ) Ndv
dN N dx
f ( x ) dx 1
归一化
粒子落入x附近单位区间的几率---概率密度
二、速率分布函数
单个分子速率不可预知,随机的 大量分子的速率分布是确定的, 遵循统计规律 ——理想气体平衡状态满足麦克斯韦速率分布律
1) 速率分布的描述: 1、将速率空间分为无数等间隔速率区间
d
dN e
E
kT
玻耳兹曼因子
1、气体密度随高度变化
n n0e
mgh kT
n0 e
gh
RT
恒温气压公式(高度计) 设温度不随高度变化
n0 为Ep=0处的气体密度
p p0egh RT
ni e
E kTi
2、原子处于不同能级的原子数目
§5.7 分子碰撞及平均自由程
一、几个概念: 自由程 :分子连续两次碰撞之间所自由走过的路程
0
v2
v1
v2
d N 表示平衡态下,处在速率间隔
v1
v1~v2内分子数。
(6)
vf ( v ) d v
v
2
0
vNf ( v ) d v N
2 0
0
v dN N
表示平均速率。
(7)
0
f ( v) d v
v Nf ( v ) d v N
0
例 如图示两条 f ( v) ~ v 曲线分别表示氢气和
氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线, 从图 上数据求出氢气和氧气的最可几速率 .
f (v)
m(H 2 ) m(O2 )
o
vp ( H 2 )
2000
2kT vp m
v / m s1
v p ( H 2 ) v p (O 2 )
8
对空气分子 d ~ 3.5 10 -10 m
6.9 10 m
z 6.5 10 次 秒
9
200 d
几十亿次碰撞/ 每秒
说明:气体容器限度小于平均自由程计算值时,实际平均 自由程就是容器限度的大小
例3(辅导P119填空题8)、设气体分子服从麦克斯韦速率 分布律, 代表平均速率, p代表最可几速率, 为一固 定的速率间隔,则速率在 范围内的分子的百分 p 率随着温度的增加将减小 ,速率在 到 之间的分 子的百分率随着温度的增加将 。
上节课主要内容
理想气体的状态方程: pV
RT NkT
p nkT
2 压强公式: p n k 3
1 2 k mv 2
3 温度公式: k kT 2
方均根速率:
v
2
RT 3 RT 3kT 1.73 m
i 理想气体的内能: E RT 2
§5-5
麦克斯韦速率分布律
v2
v1
v f ( v)Байду номын сангаас d v
2
v2
v1
f ( v) d v
例 已知 f ( ), 求 p分子的平均速率表示式
dN 大于v 的分子个数 dN N f d f d
大于v p的分子速率和
p
p
p
p
平均自由程 : 自由路程的平均值
平均碰撞频率z : 一秒钟内一 个分子与其它分子碰撞的平均次 数
与z 的关系:
z
二、平均碰撞频率的计算
设分子的有效直径为d,A分子以平均相对速率u 运动, 其它分子都不动 以A分子运动路径(折线)为轴线,作一半径为d,总长度 为 u t 的圆管
B
D
2) N f (v )dv 速率在v1 —v2速率范围内的分子数 v
v2
1
3) q(v )dN 速率v附近dv 速率范围内的分子的 q 量之和
4)物理量求和
q (v ) N
v2
v1
q(v) f (v)dv
5)
v2
v1
q Nf (v)dv
v2
v1
Nf (v)dv
速率在v1—v2范围内的分子的q量平均值
v~v+dv内分子数。 dN dN (3)nf ( v) d v n 表示平衡态下,单位体积 N V 中处在速率间隔v~v+dv内分子数。
(4)
(5)
v2
f ( v) d v
Nf ( v) d v
v2
dN
v1
表示平衡态下,处在速率间隔
v1
N v1~v2内分子数占总分子数的比率。
v0 2 v0 v 11 v adv vadv v 0 v0 9 v0
v vf ( v )dv
0
0
§5.6玻耳兹曼能量分布律
重力场中粒子按高度分布律
温度T 的平衡状态下,任何系统的微观粒子按状态的分布, 即在某一状态区间的粒子数与该状态区间的一个粒子的能量 E 有关,而且与e -E /kT 成正比 d x d y d z dxdydz 所限定的区域
f
d
v2
——速率在v1—v2区间的分子 数占总分子数的百分比 3) 曲线下的总面积
v1
v1
dN N v1 v 2 N N
v1
v
v2
dv
v
0
dN N 0 f d =1 归一化 N 条件 N 0
4、几种统计结果
1) dN Nf (v )dv 速率v附近dv速率区间内的分子数
u 2
分子平均碰撞频率为: z
2d n
2
分子平均碰撞频率为: z
2nv d 2
z
v kT 1 2 2 2nv d 2 p d 2 2n d
分子平均自由程为: v