大学物理第五章 气体动理论总结
气体动理论公式总结
气体动理论公式总结气体动理论是研究气体分子的运动规律和性质的科学理论。
在研究气体动理论时，我们常常会用到一些重要的公式来描述气体的状态和性质。
下面我们将对一些常用的气体动理论公式进行总结和归纳，以便更好地理解和应用这些公式。
1. 理想气体状态方程。
理想气体状态方程是描述气体状态的重要公式之一，它表达了气体的压强、体积和温度之间的关系。
理想气体状态方程的数学表达式为：PV = nRT。
其中，P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R为气体常数，T表示气体的温度。
这个方程描述了理想气体在一定条件下的状态，对于理想气体的研究和应用具有重要意义。
2. 理想气体内能公式。
理想气体内能是气体分子的平均动能，它与气体的温度有直接的关系。
理想气体内能的数学表达式为：U = (3/2)nRT。
其中，U表示气体的内能，n表示气体的物质量，R为气体常数，T表示气体的温度。
这个公式表明了理想气体内能与温度的关系，对于研究气体的热力学性质和能量转化具有重要意义。
3. 理想气体压强公式。
理想气体的压强是描述气体状态的重要参数之一，它与气体的温度和体积有直接的关系。
理想气体压强的数学表达式为：P = (nRT)/V。
其中，P表示气体的压强，n表示气体的物质量，R为气体常数，T表示气体的温度，V表示气体的体积。
这个公式描述了理想气体的压强与温度、体积的关系，对于理想气体的状态和性质具有重要意义。
4. 理想气体密度公式。
理想气体的密度是描述气体物质分布的重要参数，它与气体的压强和温度有直接的关系。
理想气体密度的数学表达式为：ρ = (nM)/V。
其中，ρ表示气体的密度，n表示气体的物质量，M表示气体的摩尔质量，V 表示气体的体积。
这个公式描述了理想气体的密度与物质量、摩尔质量、体积的关系，对于理想气体的物质分布和性质具有重要意义。
5. 理想气体平均速度公式。
理想气体分子的平均速度是描述气体分子运动规律的重要参数，它与气体的温度和摩尔质量有直接的关系。
气体动理论
1
追踪每一种分子，不可能，也不必要
微观量：大小、质量、速度、能量
宏观量：如温度、压强、体积
宏观量和微观量必然有着内在联络，尽管个别分 子旳运动是无规律旳，但是就大量分子旳集体体现 来看，却存在着一定旳统计规律，所以能够求出大 量分子旳某些微观量旳统计平均值，用来解释从试 验中直接测得旳物体旳宏观性质。
x
y
z
x
y
z
22
y
四.压强公式
v v l 一种分子与器壁A1碰撞一
y
v 次予以A1 旳冲量为: 2mvx A2
v 连续两次碰A1 所需时间间
z
l x 隔：
2l1
z l vx
单位时间内与A1 碰撞次数：
1 2l1
vx
1
vx 2l
1
y
x A1 2
3
一种分子单位时间内予以A1
旳冲量: 1 2mvx 2l
（2） O2旳质量密度;
（3） 氧分子旳质量;
（4） 分子间旳平均距离；
（5） 分子旳平均平动动能.
解：（1） P nkT
n
P kT
1.38
1.013 105
1023 273
27
2.45
1025
个
m3
（2）
PVMMV RT
P
RT
32 103 1.013105
8.31 273 27
1.30 kg m3
3.将小球看作是完全弹性小球(遵照牛顿力学规律)
自由旳、无规则运动旳弹性球分子旳集合 三.统计规律
1.每个分子处于容器空间内任一点旳几率相同，即任 一点分子数密度均相等
2.每个分子向各个方向运动旳几率相同，即气体分子 旳速度沿各个方向旳分量旳多种平均值相等
大学物理气体动理论
气体分子之间的相互作用力产生的势能， 由于气体分子之间的距离非常大，因此气 体分子的势能通常可以忽略不计。
分子动理论的基本假设
分子之间无相互作用力
气体分子之间不存在相互作用的力，它们之间只 存在微弱的范德华力。
分子运动速度服从麦克斯韦分布
气体分子的运动速度服从麦克斯韦分布，即它们 的速度大小和方向都是随机的。
分子碰撞的统计规律
分子碰撞的随机性
01
气体分子之间的碰撞是随机的，碰撞事件的发生和结果都是随
机的。
分子碰撞频率
02
单位时间内分子之间的碰撞次数与分子数密度、分子平均速度
和分子碰撞截面有关。
碰撞结果的统计规律
03
碰撞后分子的速度方向和大小的变化遵循一定的统计规律，可
以用概率密度函数来描述。
热现象的统计解释
大学物理气体动理论
• 引言 • 气体动理论的基本概念 • 气体动理论的基本定律 • 气体动理论的统计解释 • 气体动理论的应用 • 结论
01Biblioteka 引言主题简介气体动理论
气体动理论是通过微观角度研究气体 运动状态和变化的学科。它以分子运 动论为基础，探究气体分子运动的规 律和特性。
分子模型
气体动理论中，将气体分子视为弹性 小球，相互之间以及与器壁之间发生 弹性碰撞。通过建立分子模型，可以 更好地理解气体分子的运动特性。
对未来研究的展望
随着科学技术的发展，气体动理 论仍有很大的发展空间和应用前
景。
未来研究可以进一步探索气体分 子间的相互作用和气体在极端条 件下的行为，例如高温、高压或
低温等。
气体动理论与其他领域的交叉研 究也将成为未来的一个重要方向， 例如与计算机模拟、量子力学和
气体动理论公式总结
气体动理论公式总结气体动理论是研究气体分子在微观层面上的运动规律的一门学科。
它主要研究气体分子的速度、能量、碰撞等方面的性质。
气体动理论公式是描述气体分子运动规律的数学表达式，可以用来计算气体分子的平均速度、平均能量等参数。
下面将总结一些常见的气体动理论公式。
1. 理想气体状态方程理想气体状态方程描述了理想气体在一定温度、压力和体积下的状态关系。
它的数学表达式为：PV = nRT其中，P为气体的压力，V为气体的体积，n为气体的摩尔数，R为气体常数，T为气体的温度。
2. 平均动能公式平均动能公式描述了气体分子的平均动能与温度之间的关系。
它的数学表达式为：K = (3/2)kT其中，K为气体分子的平均动能，k为玻尔兹曼常数，T为气体的温度。
3. 动量-速度关系动量-速度关系描述了气体分子的动量与速度之间的关系。
它的数学表达式为：p = mv其中，p为气体分子的动量，m为气体分子的质量，v为气体分子的速度。
4. 均方根速度公式均方根速度公式描述了气体分子的速度分布规律。
它的数学表达式为：v = √(3kT/m)其中，v为气体分子的均方根速度，k为玻尔兹曼常数，T为气体的温度，m为气体分子的质量。
5. 平均自由程公式平均自由程公式描述了气体分子在运动过程中与其他分子或壁面碰撞的平均距离。
它的数学表达式为：λ = (1/√2πd^2n)其中，λ为气体分子的平均自由程，d为气体分子的直径，n 为气体分子的密度。
6. 分子碰撞频率公式分子碰撞频率公式描述了气体分子碰撞的频率与气体分子数密度之间的关系。
它的数学表达式为：Z = 4πn(d^2)v其中，Z为气体分子的碰撞频率，n为气体分子的数密度，d 为气体分子的直径，v为气体分子的速度。
以上是一些常见的气体动理论公式总结，它们可以用来描述气体分子的运动规律和性质。
利用这些公式，我们可以进行气体的热力学计算和分析，深入理解气体的特性和行为。
同时，这些公式也为相关实验提供了理论基础，促进了气体动理论的发展。
大学物理 气体动理论
三、 温 度
决定一个系统是否与其它系统达到热平衡的宏观性质。
处于热平衡的多个系统具有相同的温度
具有相同温度的几个系统放在一起必然处于热平衡。
温度测量
酒精或水银
A
B
A 和 B 热平衡，TA = TB
热胀冷缩特性，标准 状态下，冰水混合， B 上留一刻痕， 水沸 腾，又一刻痕，之间 百等份，就是摄氏温 标（Co）。
生碰撞的�数目为：Ni = nivix dt d A 速度为 vi 分子在 dt 时间对 dA 的冲量为：
�
x
vxi
dA
vidt
nivixdAdt ⋅ (2mvix )
∑ 所有分子在
dt
时间内对
dA 产生的总冲量为：dI = 1 2
i
2mni
v
2
ix
dAdt
∑ ∑ 气体对器壁的宏观压强为：
p=
mni
T0
273.15
= 8.31(Jmol⋅K)
若写成 ν = N NA
N A = 6.023 × 1023 / mol
N为气体分子总数 阿伏伽德罗常量
µN
R
pV = RT = N T
µNA
NA
令
k
≡
R NA
=
1.38 × 10−23
J
K
玻耳兹曼常数
pV = NkT
p = N kT = nkT V
n：气体分子数密度
2
三、气体分子的平均总动能
设分子有： 平动自由度 t 转动自由度 r
分子平均总动能：
1 εk = (t + r) 2 kT
单原子分子 刚性双原子分子
3
气体动理论
平衡过程：气体和外界交换能量时，气体的状态就会发生改变，
当气体从一个状态变化到另一个状态，在这期间所经历的中间状 态如果无限接近平衡态，这个过程则成为平衡过程。
三、理想气体状态方程
对质量为m的理想气体
PV RT
其中 ＝m/M —气体的摩尔数， M —的摩尔质量，
普适恒量：R＝8.31J/（mol· K）—气体常数 摄氏温度 t 与理想气体温度 T的关系 t=T-273.16
2 vz
1 3
v
2
四 压强公式的推导
理想气体的压强是大量气体分子在单位 时间内作用在单位面积上的冲量的统计平均 值。
a. 利用理想气体模型； b. 利用平衡态的统计假设。
设 边长分别为 l1 、2 及 l 3 的长方体中有 N 个全 l 同的质量为m 的气体分子，计算 A1壁面所受压强 . 单个分子对器壁碰 撞特性: 偶然性 、 不连续性.
F f ix
i 1 N
N
mv l1
2 ix
i 1
3 A1面受到的压强为：
P F S
i 1
N
mv ix l1 l 2 l 3
体积V
2
V l1l 2 l 3
压强
P
i 1
N
mv ix V
2
上下同乘 N 得
P
N V
m
i 1
N
v ix N
应用统计规律
2
分子数密度
R ( T 2 T1 ) m/M mol理想气体温度由T1变化到T2的 内能增量 2
统计规律
压强公式的推导及物理意义
气体分子平均平动动能和温度的关系
1. 温度公式的推导
气体动理论知识点总结
气体动理论知识点总结注意：本章所有用到的温度指热力学温度，国际单位开尔文。
T=273.15+t 物态方程A NPV NkT P kT nkT VmPV NkT PV vN kT vRT RTM=→=='=→===（常用）一、 压强公式11()33P mn mn ==ρρ=22v v二、 自由度*单原子分子：平均能量=平均平动动能=(3/2)kT *刚性双原子分子：平均能量=平均平动动能+平均平动动能=325222kT kT kT += *刚性多原子分子：平均能量=平均平动动能+平均平动动能=33322kT kT kT +=能量均分定理：能量按自由度均等分布，每个自由度的能量为(1/2)kT 所以，每个气体分子的平均能量为2k ikT ε= 气体的内能为k E N =ε1 mol 气体的内能22k A i i E N N kT RT =ε== 四、三种速率p =≈v=≈v=≈ 三、 平均自由程和平均碰撞次数平均碰撞次数：2Z d n =v 平均自由程：zλ==v根据物态方程：p p nkT n kT=⇒=平均自由程：zλ==v练习一1．关于温度的意义，有下列几种说法：（1）气体的温度是分子平均平动动能的量度。
（2）气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义。
（3）温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同。
（4）从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。
（错） 解：温度是个统计量，对个别分子说它有多少温度是没有意义的。
3．若室内升起炉子后温度从15℃升高到27℃，而室内气压不变，则此时室内的分子数减少了： 解：PV NkT =2112273150.9627327N T N T +===+ 1210.04N N N N ∆=-=则此时室内的分子数减少了4%.4. 两容器内分别盛有氢气和氦气，若他们的温度和质量分别相等，则：（A ）（A ）两种气体分子的平均平动动能相等。
上海理工大学 大学物理 第五章 气体动理论
理想气体 温度的本质与统计意义
三、理想气体的温度公式 设每个分子的质量是m0，则气体的摩尔质量M与m0之间应有关 系：M=Nam0 ,而气体质量为m时的分子数为N,所以m,m0之间也有关 系，m=Nmo,把上面的关系代入理想气体状态方程，有：
微观量与宏观量有一定的内在联系。
分子物理学是根据物质由大量分子和原子组成的事实， 从力学的规律出发,用统计平均的方法建立宏观量和 微观量的关系,从而说明宏观现象的微观本质。
1.宏观法： 最基本的实验规律+能量观点 ------称为热力学
优点：可靠、普遍。
缺点：未揭示热现象的微观本质。 2.微观法： 物质的微观结构 + 力学规律+统计方法 ------称为统计物理学 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)
实际上均遵守以上三大定律的气体是没有的，我们把实 际气体抽象化，提出理想气体的概念，认为理想气体无条件 服从这三条实验规律，理想气体是一个模型。
3. 理想气体状态方程
Байду номын сангаас
设质量为 m′的理想气体由标准状态I（P0 、 化到状态II（P、V、T），则有 P0V0 PV ,将 T0 T 代入上式 PV m P0V0 PV
3. 理想气体状态方程
反映气体三个参量p V T 之间关系的关系式称为：气体 的状态方程。 一般在气体密度不太大，压强不太高和温度不太低的情 况下，气体都会遵守三大定律：
玻意尔定律、查理定律、盖—吕萨克定律的气体
波意耳定律：一定质量 的理想气体，在温度不 变的情况下，它的压强 跟体积成反比，即 P1V1=P2V2 查理定律：一定质量的气体，当其体 积一定时，它的压强与热力学温度成 正比。即P1／P2＝T1／T2 盖· 吕萨克定律：一定质量的某种气体， 在压强不变的情况下，体积与热力学温 度成正比。由V/T=C
大学物理复习-第五六章
E与(1) 相同．
W = Q E＝417 J
4分
(3)
Q =0，E与(1) 同
W = E=623 J (负号表示外界作功)
3分
28
10、一定量的理想气体，由状态a经b到达c． (如图，abc为一直线)求此过程中 (1) 气体对外作的功； (2) 气体内能的增量； (3) 气体吸收的热量．(1 atm＝1.013×105 Pa)
件___0 _f_(__) _d___1__，此条件的物理意义是:
分子速率处于（0~∞ ）区间的分子数占总分子数
的百分比为1 .
2．若f()为气体分子速率分布函数,N为气体分子
总数，m为分子质量，则
2 1m 2Nf ( )d的物理
1 2
意义为速__率__在__速_率__间__隔___1～___2_之_内__的__分__子_平__均__动__能_之__和_。
到50％，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加
___K．
500
100
8、1 mol 理想气体(设 Cp/CV为已知)的循环过程如T －V图所示，其中CA为绝热过程，A点状态参量(T1， V1)和B点的状态参量(T2，V2)为已知．试求C点的状 态参量：
Vc=____V，2
Tc=___(_V1_/ V_2_) _1 T_1 _____，
解: N22N, M1 2M2, T2 5T1
E2 E1
m
M2 m
M1
3 2
RT2
5 2
RT1
3 5
M1T2 M 2T1
6
第六章 热力学基础
一、热力学第一定律
二、四个过程
内能增量
E
m' M
大一气体动理论知识点总结
大一气体动理论知识点总结气体动理论是物理学中研究气体分子运动规律和性质的一门学科，广泛应用于工程、天文学、化学等领域。
下面将对大一气体动理论课程的关键知识点进行总结。
一、气体分子模型1. 理想气体模型理想气体模型基于分子动理论，认为气体由大量分子组成，分子之间相互作用力可以忽略不计，分子之间碰撞是弹性碰撞。
2. 热力学气体模型热力学气体模型基于气体分子之间存在吸引力或斥力的作用，分子之间碰撞非弹性碰撞。
二、气体分子运动规律1. 压强和温度压强是气体分子对容器壁单位面积施加的力，与分子速度的平方成正比，与温度成正比。
温度是气体分子平均动能的度量。
2. 状态方程状态方程描述气体在不同温度、压强和体积下的关系。
常见的状态方程有理想气体状态方程、范德瓦尔斯状态方程等。
3. 状态参量状态参量是气体的基本性质，包括体积、压强、温度等。
状态参量可以通过热力学过程进行改变。
三、气体的物态变化1. 等压过程等压过程表示气体在恒定压强下进行的热力学过程，例如等压膨胀和等压加热。
2. 等温过程等温过程表示气体在恒定温度下进行的热力学过程，例如等温膨胀和等温压缩。
3. 等体过程等体过程表示气体在恒定体积下进行的热力学过程，例如等体加热和等体压缩。
4. 绝热过程绝热过程表示气体在没有热量交换的情况下进行的热力学过程，例如绝热膨胀和绝热压缩。
四、气体的能量转化1. 比热容比热容是气体单位质量在温度变化下吸收或释放的热量。
常见的比热容有定压比热容和定容比热容。
2. 等熵过程等熵过程表示气体在熵保持不变的情况下进行的热力学过程，例如等熵膨胀和等熵压缩。
3. 等焓过程等焓过程表示气体在焓保持不变的情况下进行的热力学过程，例如等焓膨胀和等焓压缩。
五、理想气体的性质1. 理想气体状态方程理想气体状态方程PV=nRT表明气体的体积、压强、摩尔数和温度之间的关系。
2. 理想气体的分子速率分布理想气体的分子速率分布服从麦克斯韦速率分布定律，速率与分子质量和温度有关。
大学物理基础教程答案第05章习题分析与解答
5-1 若理想气体的体积为V ,压强为p ，温度为T ，一个分子的质量为m ，k 为玻尔兹曼常数，R 为摩尔气体常数，则该理想气体的分子数为（ ）。
（A ）PV m （B ）PV kT （C ）PV RT （D ） PVmT解：由N p nkT kT V ==得，pVN kT=,故选B 5-2 两个体积相同的容器，分别储有氢气和氧气（视为刚性气体），以1E 和2E 分别表示氢气和氧气的内能，若它们的压强相同，则（ ）。
（A ）12E E = （B ）12E E > （C ）12E E < （D ） 无法确定 解：pV RT ν=，式中ν为摩尔数，由于两种气体的压强和体积相同，则T ν相同。
又刚性双原子气体的内能52RT ν,所以氢气和氧气的内能相等，故选A 5-3 两瓶不同种类的气体，分子平均平动动能相同，但气体分子数密度不同，则下列说法正确的是（ ）。
（A ）温度和压强都相同 （B ）温度相同，压强不同 （C ）温度和压强都不同（D ）温度相同，内能也一定相等解：所有气体分子的平均平动动能均为32kT ，平均平动动能相同则温度相同，又由p nkT =可知，温度相同，分子数密度不同，则压强不同，故选B5-4 两个容器中分别装有氦气和水蒸气，它们的温度相同，则下列各量中相同的量是（ ）。
（A ）分子平均动能 （B ）分子平均速率 （C ）分子平均平动动能 （D ）最概然速率解：分子的平均速率和最概然速率均与温度的平方根成正比，与气体摩尔质量的平方根成反比，两种气体温度相同，摩尔质量不同的气体，所以B 和D 不正确。
分子的平均动能2i kT ε=,两种气体温度相同，自由度不同，平均动能则不同，故A 也不正确。
而所有分子的平均平动动能均为k 32kT ε=,只要温度相同，平均平动动能就相同，如选C 5-5 理想气体的压强公式 ，从气体动理论的观点看，气体对器壁所作用的压强是大量气体分子对器壁不断碰撞的结果。
气体动理论公式总结
气体动理论公式总结气体动理论是研究气体运动的基本理论，涉及到气体的压力、体积、温度等性质。
在研究气态物质的行为和性质时，气体动理论公式是非常重要的工具。
本文将对一些常用的气体动理论公式进行总结和解析。
1. 状态方程公式状态方程是描述气体状态的物理方程，常见的状态方程包括理想气体状态方程和范德华方程。
理想气体状态方程：PV = nRT其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的摩尔数，R为气体常数，T表示气体的绝对温度。
范德华方程：(P + an^2/V^2)(V - nb) = nRT其中，a和b为范德华常数，和实际气体分子之间的作用有关。
2. 理想气体状态方程的推导理想气体状态方程可以通过气体分子的平均动能推导得到。
根据气体分子的平均运动能量定理，可得到以下公式：KE = (3/2)kT其中，KE表示气体分子的平均动能，k为玻尔兹曼常数，T表示气体的绝对温度。
另外，气体分子的动能与气体分子的速度和质量有关：KE = (1/2)mv^2其中，m为气体分子的质量，v为气体分子的速度。
将上述两个公式相等，可以得到：(1/2)mv^2 = (3/2)kT由此，可以推导出理想气体状态方程：PV = (1/3)Nm<v^2>其中，N为气体分子的个数，<v^2>表示气体分子速度的平方的平均值。
3. 分子平均自由程公式分子平均自由程是指气体分子在碰撞间隔期间所飞过的平均距离。
分子平均自由程与气体分子的摩尔数、体积和气体分子直径有关。
分子平均自由程的公式为：λ = (1/√2) * (V/nπd^2)其中，λ表示分子平均自由程，V表示气体的体积，n表示气体的摩尔数，d表示气体分子的直径。
4. 均方根速度公式气体分子的运动速度可以用均方根速度来描述，均方根速度是指所有气体分子速度平方的平均值的平方根。
均方根速度的公式为：v(rms) = √(3kT/m)其中，v(rms)表示气体分子的均方根速度。
第5章气体动理论
(4) 平衡态是一种理想状态
判断容器内气体是否处于平衡状态（T1< T2） 恒 温 T1 热 源 恒 T2 温 热 源
结论：容器内气体处于稳恒态而非平衡态
注意：稳恒态与平衡态的区别
四、准静态过程
热力学过程: 系统从某状态开始经历一系列的 中间状态到达另一状态的过程。 1 1 准静态过程： 在过程进行的每一时刻，系统都 无限地接近平衡态。
M M M 0.10 6.67 102 kg 3.33 102 kg
( 布 朗 运 动 )
一、气体分子热运动的微观模型
宏观物质由大量的分子组成 分子热运动：大量分子做永不停息的 无规则运动。 一般气体分子热运动的概念： •分子的密度 31019 个分子/cm3 = 3千 亿个分子/cm3 ； •分子之间有一定的间隙，有一定的作用力； •分子热运动的平均速度约 v = 500m/s ； •分子的平均碰撞次数约 z = 1010 次/秒。 •布朗运动是杂乱运动的流体分子碰撞悬浮其中的微粒引起的。
解决粒子集体行为的统计方法 伽耳顿板：
研究粒子按坐标分布规律 附近 应给出坐标
x
x 间隔内 粒子数 N x
占总分子数 N 的百分比
x x x
单个粒子行为--- 偶然 大量粒子行为--- 必然
ΔN x
N x 概率 P lim x N N
x
N x Px N
例: 我们以人的身高为例，来引入分布函数的概念。
混合气体的分子数密度为：n 温度相同
1 2 ...
混合气体的压强：
2 2 2 p n n11 n2 2 p1 p2 3 3 3
气体动理论知识点总结
气体动理论知识点总结简介气体动理论是研究气体分子运动和相应的宏观性质的一门学科，它为气体力学、热力学、物理化学等学科提供了理论基础。
本文将从气体分子运动、状态方程、麦克斯韦速度分布定律、运动学理论、能量分配等方面进行详细阐述。
气体分子运动气体分子运动是气体动理论研究的核心内容，它是气体宏观性质的微观基础。
气体分子的运动状态大致可以由速度、位置、能量和运动方向等参数确定。
其中，气体分子的平均速度和平均动能是气体动理论所研究的重要内容。
气体的平均速度可以通过麦克斯韦速度分布定律求解，它描述了气体分子速度在不同方向上的分布情况。
麦克斯韦速度分布定律表明，气体分子的速度服从麦克斯韦-波尔兹曼分布，即$$f(v)=4\pi(\frac{m}{2\pi kT})^{\frac{3}{2}}v^2e^{-\frac{mv^2}{2kT}},$$其中，$f(v)$表示速度为$v$的气体分子在速度空间中的密度，$m$为分子质量，$k$为玻尔兹曼常数，$T$为温度。
气体分子的平均速度可以用麦克斯韦速度分布定律求算，它的表达式为$$\bar{v}=\sqrt{\frac{8kT}{\pi m}}.$$气体分子的平均动能同样可以用温度、分子质量和玻尔兹曼常数表示为$$\bar{E_k}=\frac{3}{2}kT.$$状态方程状态方程是气体动理论研究的另一个重要内容，它描述了气体在不同温度、压强下的状态。
热力学气体状态方程的一般形式为$$PV=nRT,$$其中，$P$表示气体压强，$V$为气体体积，$n$表示气体摩尔数，$T$为气体温度，$R$为气体常数。
可以通过研究气体微观特性，推导出不同热力学气体状态方程。
对于理想气体，由于气体分子之间没有相互作用力，可以用下列状态方程来描述$$PV=nRT,$$其中，$P$表示气体压强，$V$表示气体体积，$n$为摩尔数，$R$为气体常数，$T$为气体的热力学温度。
麦克斯韦速度分布定律麦克斯韦速度分布定律是描述气体分子运动速度分布的定律，在研究气体分子运动性质、气体热力学性质等方面有重要的应用。
气体动理论总结
1013 1.013105 760 1.38 1023 273
3.54 109 / m 3 十亿
大量、无规
统计方法
数学基础---概率论
12-2 物质的微观模型 统计规律性
气体动理论的基本观点
•分子的观点：宏观物体是由大量微粒——分子（或原子）组
成的。
•分子运动的观点：物体中的分子处于永不停息的无规则运动
气体分子
器 壁
大量气体分子对器壁持 续不断的碰撞产生压力
密集雨点对雨 伞的冲击力
单个分子
多个分子
平均效果
单个分子碰撞器壁的作用力是不连续的、偶然的、不均匀的。从大 量分子碰撞的总效果上来看，一个恒定的、持续的平均作用力。
2 理想气体压强公式简单推导
设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中
有 N 个全同的质量为 m 的气体分子，计
比例接近1/2
所谓统计规律，是指大量偶然事件整体所遵循的规律。 方法——求统计平均值
•统计规律有以下几个特点: （1）只对大量偶然的事件才有意义 （2）它是不同于个体规律的整体规律 （3）总是伴随着涨落
设 N i 为第 i格中的粒子数
粒子总数 N Ni
i
概率 粒子在第 i 格中出现的可能性大小
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
.. ..
. .
.........
........
i
limNi N N
归一化条件
i
i
Ni iN
1
12-3 理想气体的压强公式
一 理想气体的微观模型
（1）分子可视为质点； 线度 d1010m
大学物理B下---气体动理论总结
∞
=
8 RT πM mol
o
v
v ≈ 1 .6 0
kT = 1 .6 0 m
RT M m ol
3）方均根速率 ）
v
∞ 2
2
(root-mean-square speed)
f (v)
v
2
∫ =
2
N
0
v dN N
2
∫ =
0
v Nf (v)dv N
v rms = v =
2
o
3 kT = m 3 RT M mol
（A） ）
（B） pV ）
解
p = nkT
(kT ) （D）pV ( m T ) ） pV N = nV = kT
讨论 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同， 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动 能相同，而且它们都处于平衡状态， 能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 （A）温度相同、压强相同。 ）温度相同、压强相同。 （B）温度、压强都不同。 ）温度、压强都不同。 （C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 ）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强. （D）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 ）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强.
i
3 5 6
总
单原子分子 双原子分子 多原子分子
6、能量均分定理 、 气体处于平衡态时， 气体处于平衡态时，分子任何一个自由度的平
均分定理 . 刚性分子（ 刚性分子（rigid molecule） ）
1 kT ，这就是能量按自由度 均动能都相等， 这就是能量按自由度 均动能都相等，均为 2
i=t+r
麦克斯韦依据经典统计理论推导出， 麦克斯韦依据经典统计理论推导出，在平衡 态下，气体分子速率在v ~ v + dv 区间的分子数占 态下，气体分子速率在 总分子数的百分比为
气体动理论知识点总结
气体动理论知识点总结气体动理论是研究气体的微观运动状态及宏观性质的一门物理学理论，是现代物理学中较为重要的分支之一。
气体动理论不仅对实际问题的探究有着重要的作用，它的理论体系及方法也为其他学科提供了有力的支持。
下面将围绕着气体运动状态、气体的性质以及气体的热力学定律三个方面，介绍气体动理论中的相关知识点。
一、气体运动状态气体动理论认为，气体分子的运动状态决定了气体的宏观控制状态。
因此，研究气体分子的运动状态对于了解气体的性质及可控性具有重要的意义。
1.分子移动气体分子无序地、自由地运动，并且分子的速度是高度非一致性的。
分子的速度与温度、分子的种类有关。
分子受温度影响，速度随温度的升高而增加。
2.分子运动轨迹气体分子在空间中做无规则运动，但可以将其平均运动速度视为直线运动。
分子的运动具有随机性，在时间、位置上无法精确定位。
3.分子碰撞气体分子之间存在碰撞，碰撞时能量和动量都会发生变化，同时碰撞前和碰撞后分子的速度方向也会发生改变。
二、气体的性质气体的性质不仅涉及气体的物理状态，还涉及气体的化学性质，气体与其他物质的相互作用，气体的电学性质等方面，其中，最为重要的性质包括以下几个方面：1.流动性：气体具有流动性，能够流动并具有一定的流动性质。
2.扩散性：气体分子具有无序运动状态，具有自由的运动方式。
在一定条件下，气体分子能够通过物质间的空隙扩散到其他区域。
3.压缩性：气体分子间的间隔较大，气体分子之间的相互作用力较弱，分子之间可以变形并发生相对位移，气体具有较好的压缩性。
4.热膨胀性：在一定温度下，气体分子具有较大的运动能，随着温度的升高，气体分子之间的反向作用力会减小，会引起体积的增加。
5.气体的状态方程：气体在不同温度下具有不同的压强、体积关系，可以利用理想气体状态方程（P V/ nRT）来描述气体的状态。
三、气体的热力学定律气体动理论依据物理实验，建立了气体的热力学学说体系，包括状态方程、热力学过程、热力学定律等。
大学物理-气体动理论
dN N
f
(v ) dv
f (v) dN ⑩
Ndv
f(v) 称为速率分布函数，含义：分布在速率v 附近单位速率间
隔内的分子数与总分子数的比率。
第五章 气体分子运动论
三. 麦克斯韦速率分布定律
1. 麦克斯韦速率分布定律 理想气体在平衡态下分子的速率分布函数
f (v ) 4 ( m0 ) v e 3/ 2 2 m0v2 / 2kT ( 麦克斯韦速率分布函数 )
pV m RT M
mV
v2
3p
3 0.011.013105 1.24 102
m s1
494 m s-1
第五章 气体分子运动论
（2）根据物态方程，得
M m RT RT
Vp
p
1.24 102 8.31 273 kg mol -1 0.011.013 105
28 103 kg mol -1
vp
2kT μ
速率
v1 ～ v2 v2 ～ v3 … vi ～ vi +Δv
…
分子数按速率
的分布
ΔN1
ΔN2
…
ΔNi
…
分子数比率 按速率的分布
ΔN1/N
ΔN2/N
…
ΔNi/N
…
｛ ΔNi ｝就是分子数按速率的分布
二. 速率分布函数 f(v)
设某系统处于平衡态下， 总分子数为 N ，则在v～v+ dv 区
间内分子数的比率为
y
踪其中一个分子, 某一时刻速 A2
A1
率为 vi与器壁A1碰撞, x 方向
动量的增量
m0 vix m0 vix 2m0 vix
O vi
x
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
三种速率比较：
vp
2kT m0
2RT M mol
f (v)
v 8kT 8RT
m0
M mol
v
v 2
3kT
3RT
m0
M mol
O
v p
v
v2
温度一定，同种气体
vp温度。
1
T2 T1
M mol 一定
2
T2 T1
v p2 v p1
v o
f (v)
5. 速率分布函数
f (v) dN
Ndv
dv
v
速率分布函数
f (v) 速率分布函数物理意义－－－
在速率v 的附近，单位速率间隔内的 分子数占总分子数的百分比 .
f (v)dv dN N
归一化条件
代表速率v 附近dv (或v~v+dv)区间的分子数概率
0
f
(v)dv
dN N
1
－－－曲线下面积
f (v)
2. 氢气分子的最概然速 率是多少?
0
1000
2
vm / s
v pHe
2RT 4 103
1000 m / s
2RT v pH2 2 103
2 1000
m/s
麦克斯韦速率分布律
例* 已知f()为麦克斯韦速率分布函数，p为分子 的最可几速率，则
p f ()d 表示 速率小于 p的分子数占总分子数的百分比
0
或分子速率小于 p的概率。
f ()d 表示 速率大于 p的分子数占总分子数的百分比
p
或分子速率大于 p的概率。
0
1 2
m0
2
f
(
)d
表示 分子平动动能的平均。值
M mol 2
2
例. 氢气和氧气的温度相同, 问
kH2 ? kO2
只要温度相同, 气体分子的平均平 动动能就相等, 与气体种类无关!
4、分子热运动相关数量级 1）分子直径数量级：10-10m（埃） 2）分子热运动的平均速度约 v = 500m/s
3）分子的平均碰撞次数约 1010 次/秒。
f (v)
气体动理论小结
1、 气体状态参量 ( 体积 压强 温度 )
1) 一标准大气压（atm）=1.01105Pa
2) T单位：热力学温标(T :K)与摄氏温标(t:℃)：
T t 273.15
3）标准状态：温度（273K）、一个大气压
4）常用气体 Mmol（摩尔数）（注意单位：g/mol）：
H2－－2 He－－4 O2－－32
3、重点公式总结：
1) P,V,T 相关物理公式：
M pV RT
M mol
P
RT
M mo l
2) 平均平动动能：
P nkT
P
2 3
n k
分子平均平动动能：
k
1 2
m 0 v2
3 2
kT
3)一个自由度的平均动能（平动、转动）为： 1 kT 2
4)自由度 i 的平均动能（平动、转动）为：
i kT 2
面积 f (v)d v d N N
速率在面积(v, vv2fd(vv)) 区d v间内的分N子数
占总分子数v的1 百分比
N
f (v)
v O dv v1 v2
v
速率 v 附近, 单位速率间隔内分子数占总分子
速 率数间率位百内在于分的(比概(vv11率;,分,vv.2子2))速区区率间间出内 内现0的的f在(分概v )vd子率v附数。近占dN单N总位分1速子率数归区百一分化比条；件或分子速
N2－－28
N 气体分子数
令 k＝ R 1.381023 J / K (玻尔兹曼常量) NA
NA 1mol气体分子数(6.021023个 / mol)
n N (单位体积分子数) V
1
2、等温线 P
P-V图
T1 T2 T3
P1 T1 T2 T3
等温线
0 V1
V0
V
平衡态 平衡过程
P V 图上的点 P V 图上的曲线
v v p1 p2
M1mol M 2mol
同一温度，不同气体。
1
T 一定
2
o
v v p1 p2
M1mol M2mol
v p2 v p1 v
例: H2 和 He 在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线如图所示,
问：
1. 哪一条曲线表示氦气 分子的速率分布?
f v
( 1 表示氦)
1
vp
2RT M mol
单原子分子(i=3)平均动能： 3 kT
2
双原子分子(i=5)平均动能: 5 kT
(三个平动和二个转动)
2
5) 气体内能（E）
一个分子平均动能：
i kT
2
平均平动动能:
3 kT 2
平均转动动能: 2 kT kT 2
1mol分子内能总和：
E
NA
i 2
kT
i RT 2
质量为m的气体分子内能总和：E M i RT i pV