大学物理气体动理论.

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MpV 解: T不变,设每天用去m 质量的气体 m RT Mp1V1 m1 使用前,气体质量为 RT Mp2V1 m2 充气时,气体质量为 RT
分子密度: n
理想气体状态方程:
标准状态:
P nkT
5
p 0 1.01325 10 Pa
T0 273.15 K
标准状态下的分子密度:
n0 2.69 10 (m )
25
3
——称为洛喜密脱数
例、容积 V1=32L 的氧气瓶储有压强为 p1=1.317107Pa 的氧气,
规定氧气压强降到 p2=1.031 106Pa 时需充气,以免阀门打开时 混入空气而需洗瓶,若车间每天需 p=1.031 105Pa ,V=400L的 氧气,问需几天充气?
标准状态: p0 1.01325 105 Pa
To 273.15 K
3 3
m V0 Vmol M
Vmol 22.4 10 m
其中: m 气体的总质量,M 为气体的摩尔质量
pV p0V0 m p0Vmol T T0 M T0
摩尔气体常量 :
p0Vmol R 8.31 (J mol 1 K 1 ) T0
三、状态参量:描述热力学系统平衡状态的物理量 宏观量:表征大量分子集体行为特征的物理量。 微观量:表征个别分子行为特征的物理量。 宏观量是大量粒子运动的集体表现, 决定于微观量的统计平均值。 体积 V :气体分子自由活动的空间 单位: m3(米3 ) 压强 p :垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力 F p S 单位:Pa ( 帕斯卡 ) Pa = N· m-2 1标准大气压 = 1.01325×105Pa
§2 理想气体状态方程
理想气体:在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、 “盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。 一般气体看作理想气体: 压力不太大(与大气压比较) 由三定律: 温度不太低(与室温比较)
p1V1 p2V2 恒量 (质量不变) T1 T2
p,V , T po ,Vo , To (标准状态)
热力学第零定律——测温原理 热平衡:两热力学系统互相热接触,经过一段时 间后它们的宏观性质不再变化,即达到了热平衡 状态。
热力学第零定律:在不受外界影响的条件下,如 果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,则这 两个系统彼此也处于热平衡。
A A
B
C
B C
温度 T —— 表征物体的温暖程度
在宏观层次上:温度是表征热平衡状态下系统的 宏观性质的物理量。处于热平衡的两个系统,它 们的温度是相同的。 在微观层次上:温度是物 质分子无规则运动的量度。 这种微观运动在宏观上不 能直接观察,观察到的是 温度。随着温度的升高, 微观运动也加强。 温度 —— 某种温度计上的读数
二、平衡态 平衡态:在不受外界影响条件下,即一个孤立系 统,经足够长时间后,其宏观性质不随时间改变 的状态。
注意:如系统与外界 有能量交换,即使系 统宏观性质不随时间 变化(定常态),也 非平衡态。 热动平衡:微观粒子任处无规则运动的动态平衡 弛豫时间: 从初始到新平衡态建立所需的时间 称为弛豫时间,用τ表示。
温标 —— 温度的数值表示法
温度与“火候”
明弘治 绿彩
伽利略温度计
16世纪 ( 明 )
摄氏温标: t ℃
利用水银或酒精的热胀冷缩特性
水的冰点 —— 0 ℃ 水的沸点 —— 100℃
标准状态下
冰点和沸点之差的百分之一规定为1℃ 。
热力学温标: T K 与任何物质特性无关 与理想气体温标等价
绝对零度: T = 0 K
热力学结论普遍而可靠,分子动理论能揭示热 现象的微观本质而需热力学验证。
§1 热学的基本概念 一、热力学系统 热力学系统简称系统:
热力学所研究的对象。大量微观粒 子组成的有限宏观物质体系。
外界:系统以外与系统有着相互作用的环境。 例如:热传递、质量交换 开放系统
系 统
系统分类
封闭系统 与外界有能量交换无质量交换 孤立系统 与外界无能量、物质交换
常见的一些现象:
1、一壶水开了,水变成了水蒸气。 2、温度降到0℃以下,液体的水变成了固体的冰块。 3、气体被压缩,压强增大。 4、物体被加热,物体的温度升高。
热现象
热运动:物质中大量微观粒子的无规则运动 热学:是研究与热现象(热运动的集体表现)有关 的规律的学科。 ①宏观理论:热力学(宏观理论) 从实验事实出发,以热力学基本规律为基础,用 逻辑推理的方法研究物质各宏观性质间的关系,以 及热运动过程进行的方向和限度。 ②微观理论:统计物理学(微观理论)
理想气体状态方程:
m pV RT M
N R Nm0 R m R T T P T V NA MV N A m0 V
nkT
阿伏伽德罗常数: 玻耳兹曼常数: 气体分子数:N
N A 6.022 10 mol
23
1
R 23 1 k 1.38 10 (J K ) NA
t = - 273.15 ℃ 换算关系:
T t 273.15
冰点: 0℃,273.15K
水的三相点(气态、液态、 固态的共存状态 0.6Kpa), 且达到平衡时的热力学温度 定义为273.16 K( 0.01℃)
温度大观:
• 100多亿年前,宇宙在大爆炸中诞生时,其温度在1039K以上。 • 实验室能够达到的最高温度为108K。 • 太阳中心温度1.5×107K,太阳表面温度6000 K,地球中心温 度4000 K 。 • 人体温度为37℃,室温为20℃--30℃,即300K左右,我们 生活的环境温度的起伏上下不过几十度。 • 水的三相点温度273.16K。 •今日的宇宙温度已冷却到2.735K,称为微波背景辐射温度。 • 当代科学实验室里能产生的最高温度是108K,最低温度 是2.4×10 -11 K。(激光制冷)
从物质微观结构出发,用统计方法求(大量微观 Байду номын сангаас子系统)微观量的统计平均值,建立宏观量与微 观量之间的联系,从而揭示热现象的微观本质。
气体分子动理论:主要研究对象限制在气体
对象
统计物理学 微观理论 热现象
出发点
微观结构
方法
力学规律 统计方法
热力学基础
宏观理论
热现象
实验基础
能量观点
分析推理
相辅相成的关系:
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