气体动理论汇总

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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V ,压强P 和温度T 来作为状态参量。

注意: ⑴V 是气体分子能到达的空间体积,单位:()33m 米

⑵P 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:

Pa cmHg atm 51001325.1761⨯==

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

)

()

(C t K T

单位:摄氏度摄氏温标:单位:开尔文热力学温标:

T 与t 关系:15.273+=t T

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m 3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:厘米汞高、标准大气压等,它们与帕斯卡的关系是:

1cmHg(厘米汞高)=1.333×103Pa

1atm(标准大气压)=76cmHg=1.013×105Pa

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,宏观上表现为气体的冷热程度,而微观上看它表示的是分子热运动的剧烈程度。

在生活中,往往认为热的物体温度高,冷的物体温度低,这种凭主观感觉对温度的定性了解,在要求严格的热学理论和实践中,显然是远远不够的,必须对温度建立起严格的科学的定义。假设有两个热力学系统A和B,原先处在各自的平衡态,现在使系统A和B互相接触,使它们之间能发生热传递,这种接触称为热接触。一般说来,热接触后系统A和B的状态都将发生变化,但经过充分长一段时间后,系统A和B将达到一个共同的平衡态,由于这种共同的平衡态是在有传热的条件下实现的,因此称为热平衡。如果有A、B、C三个热力学系统,当系统A和系统B都分别与系统C处于热平衡,那么系统A和系统B此时也必然处于热平衡。这个实验结果通常称为热力学第零定律。这个定律为温度概念的建立提供了可靠的实验基础。根据这个定律,我们有理由相信,处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有某种共同的宏观性质,描述这个宏观性质的物理量就是温度。也就是说,一切互为热平衡的系统都具有相同的温度,这为我们用温度计测量物体或系统的温度提供了依据。

温度的数值表示法称为温标,常用的有热力学温标T,摄氏温标t等等。国际单位制中采用热力学温标,温度的单位是开尔文,用符号K表示。摄氏温标与热力学温标的关系是

t=T-273.15

在大学物理中我们规定使用热力学温标。

二、平衡态平衡过程

系统与外界:研究的对象称为系统,系统所处的环境称为外界。

1、平衡态

在不受外界影响的条件下,气体的宏观性质不随时间改变的状态称为平衡态。这里

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