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高中物理竞赛第12章气体动理论(共56张PPT)

高中物理竞赛第12章气体动理论(共56张PPT)

k
3 2
kT
6.211021J
1m3
Ek nk 1.65105 J/m3
H2 : vrms= 1920ms-1 O2 : vrms= 483ms-1

a. P、T、 k 、vrms… — 统计量(平衡态,系统)
对少数粒子 无意义
b. 不同气体(m 、v 2不同) k 相同 — T 相同
15 .
氢( H2 )
2.02
氦( He )
4.0
氮( N2 )
28.0
水蒸气( H2O )
18.0
氧( O2 )
32.0
二氧化硫(SO2)
64.0
1 920
1 370 517 645 483
324
14 .
[讨论] 系统( V=1m3 ,t =27ºC,P=1atm) 的分子微观量的平均值
n P 2.661025 m3 kT
17 .
二 能量均分定理(玻耳兹曼假设)
气体处于平衡态时,分子任何一个能量 自由度的平均值都相等,均为 1 kT ,这就 是能量按自由度均分定理 . 2
分子的平均能量
1 (t r 2s)kT 1 (t r v)kT i kT
2
2
2
对于个别分子来说,每一种形式的能量不一定 按自由度均分.能均分定理是关于分子热运动 动能的统计规律.
系统状态了,其它的宏观物理
性质则是这两个物态参量的函数 o
A ( p1,V1,T1)
B ( p2 ,V2 ,T2 ) V
— T =f (P 、V ) (与气体性质有关)
如果过程进行的充分缓慢,过程进行的每一个
中间态都可以近似看成平衡态,这就是准静态过程

第五章气体动理论完全版-PPT精品

第五章气体动理论完全版-PPT精品
与外界没有质量交换,但有能量交换的系统,称为 封闭系统。一个装有水的铝壶(盖紧后),用火加 热。将水和壶看成一个系统,水的质量不变,但可 以从外界吸热,这时将水和壶看作一个封闭系统。
与外界既有质量交换又有能量交换的系统,称为开 放系统。一个没有盖子的装水铝壶,水被加热至沸 腾后继续加热。此时水和壶这个系统既与外界有能 量交换,又有质量的变化。水和壶这个系统成为开 放系统。
=2.7×1019(个/cm3)
13
例5-2 容器内装有质量为0.10kg的氧气,压强 为10×105Pa,温度为47℃。因为容器漏气,经过 若干时间后,压强降为原来的5/8,温度降到27℃。 问容器的容积有多大?漏去了多少氧气?(假设 氧气看作理想气体)
解:
(1) 根据理想气体的状态方程,
PV M RT Mmol
B 系统的宏观性质(P、V、T)不随时间而变化。
在微观上,组成系统的分子仍在不停地运动和变 化,只不过大量分子运动的平均效果没有变化。可 见平衡态是系统内的大量分子的热动平衡。
9
C 平衡态的概念是一个理想的概念。
实际中并不存在绝对孤立系统,也没有宏观性质 绝对不变的系统。
平衡过程 如果过程进展得十分缓慢,使所经历的一系列中 间状态都无限接近平衡态。这个过程就叫做平衡过 程。
未使用前瓶中氧气的分子个数:
N1
p1V kT
使用后瓶中氧气的分子个数: (设使用中温度保持不变)
N2

p2V kT
每天用的氧气分子个数:
Nd

pdVd kT
能用天数:DN 1N 2(p1p2)V9.6(天 )
N d
pdV d
16
例题5-4 一长金属管下端封闭,上端开口,置于压 强为po的大气中。今在封闭端加热达T1=1000K,而另 一端则达到T2=200K,设温度沿管长均匀变化。现封 闭开口端,并使管子冷却到TE=100K。计算此时管 内气体的压强(不计金属管的膨胀)。

第08章气体动理论优秀课件

第08章气体动理论优秀课件

V0
M M mol
Vmol
其中: M 为气体的总质量;
Mmol 为气体的摩尔质量。
PV P0V0 M P0Vmol
T
T0
M mol T0
3.理想气体状态方程的变形
理想气体状态方程:PVRT M RT Mm ol
PRTNART
V VNA
N V
RT NA
nkT
NA为阿伏加德罗常数, NA6.022 12 03
国际单位:绝对温标 T 开,k
T t 2.7 13 5
常用单位:摄氏温标 t 度, C
4.摩尔数 M M mol
单位:摩尔,mol
气体质量 摩尔质量
5.普适气体恒量 R
R 8 .3J1 m - 1 k o - 1 l
P0 1.01325105 Pa
标准状态: T0 273.15 K
Vmol 22.4103 m3
常缓慢,以至于过程中
p
的每一个中间状态都近
似于平衡态。
准静态过程的过程曲线 可以用p -V 图来描述, 图上的每一点都表示系 统的一个平衡态。
p
( pA,VA,TA )
( pC,VC,TC )
( pB,VB,TB )
O
V
确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量。
系统状态的描述
宏观量称为状态参量,(如体积,温度,压强)可直接测量 微观量(如分子的质量,位置,速度)无法直接测量
国际单位:牛顿/米2,帕(Pa)
常用单位:大气压(atm) 1 at 1 m .0 1 1 5 P 3 0a
2.体积 V----气体分子活动的空间体积。
从几何角度描写气体状态的物理量。
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。

《气体动理论》课件

《气体动理论》课件

理想气体和非理想气体
理想气体特点
非理想气体行为
介绍理想气体的定义及数学模型, 并讨论实际情况下的限制。
讨论非理想气体的行为和模型, 广泛应用于现实世界中的工作流 程。
气液相变
深入介绍气体液化过程,重点解 析液化温度、压力的变化以及转 化过程对气体状态的影响。
气体的状态方程
1
理想气体状态方程
推导理想气体状态方程,让大家更深刻地认识理想气体。
Brownian运动及其应用
1
Brownian运动的定义
深入解析Brownian运动的概念以及相关特征,探究这一运动常见于哪些实际场 合。
2
Brownian运动在物理、化学和生物学领域中的应用
说明Brownian运动在物理、化学和生物学领域中的具体场合和应用方式。
3
Brownmann分布
深入探究Maxwell-Boltzmann速度分布函数的计 算方法和理论分析。
气体状态参数的统计分布
温度的分布
探究气体温度的分布规律,着重 讲解气体分子运动论的应用。
压强的统计分布
其他参数的分布
讲解气体状态下压强的统计分布 规律,为大家解析气体物理原理。
介绍气体其他状态参数的统计分 布规律,从宏观视角理解气体行 为。
气体动理论
欢迎来到《气体动理论》课件!本次课程将会深度探究气体动力学原理,从 理想气体以及状态方程到分子运动论等方面为大家进行详细讲解。
气体动理论的定义
1 定义
介绍气体动力学的含义,为后续课程奠定基础。
2 分子速度分布
讲解分子运动的速度分布规律,从微观层面理解气体特性。
3 压强与温度的关系
探究压力与温度的关系以及状态方程的推导。

高中物理竞赛气体动理论的基本概念课件(共20张PPT)

高中物理竞赛气体动理论的基本概念课件(共20张PPT)
一个全新的物质结构层次。
玻耳兹曼
上页
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7.1气体动理论的基本概念
一. 分子热运动的图像和统计规律 热力学系统:
在热学中,我们把所研究的物体或 物体系(是由大量的分子或原子组), 称为热力学系统,简称系统。 外界:
处于系统以外的物质。
上页
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1 .微观粒子热运动的图像
(1) . 宏观物体由大量粒子(分子、原子等)组成, 分子之间存在一定的空隙。
结论:
(1) .统计规律是大量偶然事件的 总体所遵从的规律。
(2) .统计规律和涨落现象是分不 开的。
伽耳顿板实验
上页
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二 . 状态参量
状态参量:
对一定量的气体,其宏观状态可以用
体积(V)、压强(P) 、温度(T)这三个 宏 观物理量来描述,这些描述状态的参量。
温标:
温度的分度方法。 ℃
K
T = 273.15 + t
例如:
①1cm3的空气中包含有2.7×1019 个分子 ②水和酒精的混合
上页
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(3) . 物体的分子在永不停息地作无序热运动
布朗运动
(布朗运动与温度、微粒的大小的关系) 上页
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2. 统计规律
大量偶然事件的集合所表现的规律。
若无小钉:必然事件
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
上页
下页
三 . 平衡态
平衡态 当 两个系统接触却没有宏观能量传递时,两者必处于同一热平衡状态——具有相同的温度。
在热学中,我们把所研究的物体或
分子的速度各不相同,而且通过碰撞不断
物体系(是由大量的分子或原子组),称为热力学系统,简称系统。

气体动理论3精品PPT课件

气体动理论3精品PPT课件
视为由许多可逆卡诺循 环所组成。
p
Qi
任一微小可逆卡诺循环
Qi Qi1 0
Ti Ti1
o
山东轻工业学院 数理学院
Qi1 V
31
第十章 气体动理论
对所有微小循环求和
当i →∞时 dQ 0
Qi 0
i Ti
T
p
dQ 为系统从温
Qi
度为T 的热源中所吸
收的微小热量,对于
可逆过程T 也等于系
统的温度。
可逆性和熵的微观意义。由此深入认识热力 学第二定律的本质。
一、熵 熵增加原理 1.熵概念的引进 如何判断孤立系统中过程进行的方向?
可逆卡诺机 Q1 Q2 T1 T2
Q1
T1
山东轻工业学院 数理学院
29
第十章 气体动理论
Q1 Q2 T1 T2
Q1 Q2 0 T1 T2
( Q2 是放热,取负)
u 2v

Z 2vn 2πd 2vn
二、平均自由程
每两次连续碰撞之间,一个分子自由运动 的平均路程。
平均自由程 v 1
Z 2πd 2n
山东轻工业学院 数理学院
15
第十章 气体动理论
利用
P nkT

kT 2πd 2P
当 T 和 p 一定时,平均自由程与平均速率
无关,与分子有效直径及分子数密度有关。
∵ n p
KT
∴ 总k
n 3 KT 2
p RT
3 KT 2
1.5103 J
5.若该气体有0.3摩尔,其内能
E m i RT 0.3 5 8.31 273 1.7 103 J
M2
2
山东轻工业学院 数理学院

气体动理论ppt课件

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一 自由度
kt
1 mv2 2
3 kT 2
v
2 x
v
2 y
v2z
1 v2 3
z
oy
x
1 2
m
v
2 x
1 2
mv2y
1 2
mv2z
1 kT 2
28
第六章 气体动理论
单原子分子平均能量
3 1 kT
2
刚性双原子分子
分子平均平动动能
kt
1 2
mvC2 x
1 2
mvC2 y
1 2
mvC2 z
29
第六章 气体动理论
摩尔热容比
E m i RT M2
dE m i RdT M2
CV ,m
i 2
R
C p,m
i
2 2
R
Cp,m i 2
CV ,m i
36
第六章 气体动理论
7-6 麦克斯韦气体分子速率分布律
一 测定气体分子速率分布的实验
实验装置
接抽气泵
2
l v vl
Hg
金属蒸汽 狭缝
l
显 示

37
第六章 气体动理论 分子速率分布图
12
第六章 气体动理论
二 分子力
现主为要当斥表力 现r; 为当 引r力0r时.,r分0时子,力分主子要力表
F
o
r 109 m, F 0
r0 ~ 1010 m
r0
r
分子力
三 分子热运动的无序性及统计规律
热运动:大量实验事实表明分子都在作永不停止的
无规运动 . 例 : 常温和常压下的氧分子
v 450m/s ~ 107 m; z ~ 1010次 / s

气体动理论2优秀课件

气体动理论2优秀课件

p 2 n
3
m ' Nm
理想气体状态方程 pV m' RT M N A m nkT
玻尔兹曼常数
kR1.3 81 023 JK1
NA
分子平均平动动能 1mv2 3kT
2
2
微观量的统计平均值
宏观可测量量
温度 T 的物理意义
1mv2 3kT
kt12mv2
3kT 2
v2 xv2 yv2 z 1 3v2
z
oy x
1 2m v2 x1 2m v2 y1 2m v2 z1 2kT
单原子分子平均能量 31kT
2
刚性双原子分子 分子平均平动动能
kt1 2m v C 2 x1 2m v C 2 y1 2m v C 2 z
分子平均转动动能
kr1 2Jy21 2Jz2
zx
单位时间 N 个粒子
对器壁总冲量
i m x vi2xm x ivi2xN x im v N i2xN xv m 2 x
器壁A1所受平均冲力 Fv2xNmx
y
A2 o
-m m vvvxx
zx
A1 y
器壁 A1所受平均冲力
Fv2xNmx
气体压强
zx
p
F yz
Nxymzv2x
统计规律
n N xyz
v
2 x
1 v2 3
分子平均平动动能
1 mv2
2
p 2 n 3
压强的物理意义 统计关系式 宏观可测量量
p 2 n
3
微观量的统计平均值
分子平均平动动能
1 mv2
2
压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 .
问 为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞 ?

高中物理奥林匹克竞赛专题气体动理论(共46张PPT)

高中物理奥林匹克竞赛专题气体动理论(共46张PPT)
三原子及多原子分3子 n个:自由度, 平动自由度: 3个 转动自由度: 3个 振动自由度3n: 6
自由度数用i 表示
二.能均分定理
1.内容:分子的平均动能按自由度均分,每个自
2由讨双 论度:分原 得:平子 均动能1分 :2kk 子 T2 i单 k: , T 原i 为 子自 : k 23由 kT度
平均势能:
O
V
§2 分子热运动和统计规律性
一. 模型 布朗实验: 1. 物质由大量分子组成。1mol 物质的分子数:
NA = 6.02×1023 F 分子间距与分子线度:
2.分子力: 引力与斥力
0 r0
r
3.分子作无规则的热运动,热 运动速率几百米,观态:仅仅取决于系统宏观性质而与系统内 粒子状态分布无关的状态。表征大量分子集体特 征的量,如气体的温度、压强、热容量等称为宏 观量。 2.微观态:由系统内粒子状态分布决定的状态。 一个宏观态可含有多个微观态。
高温25:0k以 0 上 7 kT 2
2
此现象可用量子物理解 释。 低温:平动
经典范畴内可如此理解 : 常温:平转 动动
高温:转 平动 振动
主要讨论常温情况
单原子分子 3: kT 双原子分子5:kT
2
2
三.理想气体的内能
思考: i kT的意义 ?1个分子的平均能量
2
1mol 理想气体的内能:
Emol N0
mgz gz
PnkT n0kTkeTP 0eRT
z RT n P0
g P
P0海平面上的压强
§8.分子碰撞的统计分布
提出原因:气体分子运动速率为几百米/秒,但 气体扩散却很慢,克劳修斯最先提出碰撞理论。 气体的扩散、热传导均与碰撞有关,因此研究分 子碰撞是本章的重要问题。 一.平均碰撞频率: 单位时间内分子的平均碰撞次数。 导出思路:假定: 分子为刚性小球,直径为d;
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foundations of Gas kinetics and thermodynamics
1 研究对象
热现象及其规律 物质的热运动和热运动与 其它形式的运动之间相互 转化所遵循的规律
热现象:
组成宏观物体的大量微观 粒子热运动的集体表现 凡是与温度有关的物理现 象都是热现象. 实例: 物体受热温度升高,体积膨 胀,冰受热融化为水等
Introduction
In our study of dynamics, we developed methods to calculate energy. An object have kinetic energy, gravitational potential energy, or elastic potential energy. To calculate the total energy of a collection of objects, we would simply add up the contributions made by each object. However, many physical system contain an impossibly large number of separate object. For instance, a jug of water contains an enormous number of water molecules, and we can hardly calculate the energy of the water by adding up the contributions from each molecule. What can we say about the energy of such a system and energy exchanges that occur when it interacts with other systems?
§1 Equilibrium state Equation of state
1 Equilibrium state 平衡状态
(1) Equilibrium state 平衡状态 The state that macroscopic characteristics do not change with time without external action (influence) 无外界影响时宏观性质不随时间变化的状态 Notes A B Without external action (influence): Neither doing work nor heat transfer Macroscopic characteristics do not change with time thermodynamical equilibrium – 热动平衡 (2) State parameters 状态参量 V P T Volume 体积V Pressure 压强P Temperature 温度T
热运动:
组成宏观物体的大量微观 粒子(分子、原子)的一种 热运动是热现象的微观实质 永不停息的无规则的运动。 热现象是热运动的宏观表现
2 研究方法
Gas kinetics Thermodynamics 热力学: 气体动理论: 以物质的分子、原子结构 不涉及物质的微观结构, 概念和分子热运动概念为 根据由观察和实验总结得 出的热力学定律,从能量 基础, 将微观运动和宏观 运动相联系,应用统计的方 观点出发,分析研究在物 法,解释并揭示物质宏观热 质状态变化过程中有关热 功转化的关系和条件 现象及其有关规律的本质, 确立宏观量和微观量之间 (1) 就整体而言, 在一定状态 的关系系。 下,物质具有一定的能量; (1) 热运动 (2) 从一个状态过度到另一 (2) 微观量,宏观量 个状态,遵从一定规律 (3) 统计规律
In following chapters, we consider these questions. In chapter 18, first, we seek to do so using only macroscopic physical properties; by this we mean measurable properties of bulk system that take no heed of its microscopic constituents. Then, we want to find the relationship between macroscopic and microscopic physical quantities. In chapter 19, we shall concentrate on the first and second laws of thermodynamics. The first law of thermo-dynamics expresses the relationship more formally by explicitly introducing a heat flow term into the energy conservation. This clarification of energy conservation, which was one of the great triumphs of nineteenth-century physics, arose almost by consensus from the work and thoughts of many leading scientists of the time.
Chapter 18
Gas kinetics
§1 Equilibrium state Equation of state §2 Pressure formula for ideal gas §3 Temperature and Energy §4 Theorem of equipartition of energy The internal energy of idea gas §5 Maxwell speed distribution law §6 Molecular mean collision frequency Mean free path §7 Transport phenomena in gas §8 Application
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