分子的平均平动动能

2、分子的数密度和线度
•实验表明：任何物质1摩尔所含有的微观粒子——分子或原子的 数目均相等，为阿伏加德罗常数，用NA表示 计算中，一般取NA=6.02×1023mol-1
NA=6.022 136 7(36)×1023mol-1
分子数密度n：
单位体积内的分子数：n=N/V
分子的线度：
线度直观上说基本上就是大小的意思。线度一般指物体从各个方向来测量时 的最大的长（宽）度，并且往往只精确到数量级。

热学的研究方法：
1.宏观法 Macroscopic method 宏观理论，从能量观点出发，研究热现象的 宏观规律——称为热力学 Thermodynamics。
优点：具有高度的可靠性和普遍性。 缺点：未揭示微观本质，一些宏观现象（如 涨落）不能解释。
2.微观法 Microcosmic method 物质的微观结构 + 统计方法 —— 称为统计物理学. 其初级理论称为气体动理论 Kinetic theory of gases （气体分子运动论）。 优点：揭示了热现象的微观本质，从基本原理出 发可以得到热力学的三个定律，使其获得更深刻的意 义解决了热力学不能解决的问题（如比热理论及涨落 现象）。 缺点：可靠性、局限性问题，统计物理所采用的 模型只是物质的实际结构的近似代表，其结果不能与 实际完全符合，只是接近于实际。但随着人们对物质 结构的认识的深入，统计物理的结果也将逐步更接近 实际。

在热力学发展的同时，即19世纪中期，分子运 动论也开始飞速地发展，为了改进热机的设计，对 热机的工作物质——气体——的性质进行了广泛的 研究，气体动理论便是围绕着气体性质的研究发展 起来的。 克劳修斯首先从分子运动论的观点导出了玻意 耳定律。麦克斯韦最初应用统计概念研究分子的运 动，得到了分子运动的速度分布定律。玻耳兹曼认 识到统计概念有原则性的意义，他给热力学第二定 律以统计解释。后来，吉布斯进一步发展了麦克斯 韦和玻耳兹曼的理论，建立了系统的统计法，统计 物理学至此发展成为完整的理论。
•实验表明，标态下，气体分子间的距离约为分子直径的10倍 •每个分子所占有的体积约为分子本身的体积的1000倍。 •因而气体分子可看成是大小可以忽略不计的质点。
宏观法与微观法相辅相成，相互补充， 缺一不可。
热力学的应用
热工学、低温技术、热机、制冷机、化 学、化工、冶金工业、合金相变、热处理工 艺、设计原子核反应堆、半导体技术、生物、 生命科学(“熵”与生命)、社会科学(“熵”与 信息 )
第二章 气体动理论 (Kinetic theory of gases)
热 学
表示物体冷热程度的物理量叫做温度. 把与温度有关的物理性质及状态的变化称为热现象. 物体是由大量分子、原子组成的，这些微观Hale Waihona Puke Baidu子的 不停的、无规则的运动称为分子热运动。 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。 热学是研究与热现象有关的物质运动规律的科学。
热学发展简史
18 世纪初，正是资本主义发展的初期，社会生产已有很大的发展。 生产需要大量的动力，许多人开始尝试利用热获得机械功，这样一来， 就开始了对热现象进行广泛的研究。 1714年，华伦海脱改良了水银温度计，并制定了华氏温标，热学的 研究从此走上实验科学的道路。

关于热的本质问题，有两种对立的学说： 热质说——热是一种元素，它可以透入任何物体 中，不生不灭，较热物体含较多的热质。 热是物质运动的一种表现——热是一种能量，能 够与机械能互相转化。

热力学第一定律确立了热和机械功相互转化的数 量关系，热力学第二定律告诉人们如何提高热机效 率，热力学的两个基本定律都是从研究热和功的相 互转化问题总结出来的，然而，热力学理论的应用 远远地超出了这一问题的范围。
科学轶事——分子
分子的概念最初由阿伏伽德罗引进。
阿伏伽德罗(Ameldeo Arogadro 1776～1856)，意大利自 然科学家。阿伏伽德罗早年学习法律，又做过地方官吏，后 来受兴趣指引，开始学习数学和物理，并致力于原子论的研 究，他提出的分子假说，促使道尔顿原子论发展成为原子— —分子学说。使人们对物质结构的认识推进了一大步。但遗 憾的是，阿伏伽德罗的卓越见解长期得不到化学界的承认， 反而遭到了不少科学家的反对，被冷落了将近半个世纪。
直至他死后2年，S.康尼查罗指出应用阿佛加德罗理论可 解决当时化学中的许多问题，以及1860年在卡尔斯鲁厄重新宣 读了他的论文之后，他的理论才被许多化学家所接受，后称为 阿伏伽德罗定律。它对科学的发展，特别是原子量的测定工作， 起了重大的推动作用。 人们为了纪念阿伏伽德罗，把1摩尔任何物质中含有的微 粒数NA=6.02×1023mol-1，称为阿伏伽德罗常数，是自然科学 的重要基本常量之一 。
18世纪中期，瓦特制成了蒸汽机，引发了第一次工业革命，蒸汽机 被广泛应用于纺织、火车、轮船、机械加工等行业。 随着蒸汽机在生产上被广泛地利用，提高效率便成为首要任务，因 为当时的热机效率只有5％～8％，改进蒸汽机，提高其热效率，就成为 许多科学家和工程师毕生追求的目标。 对提高热机效率的思考导致了1824年卡诺定理的产生。卡诺定理指 出了提高热机效率的方向，成为热机研究的理论依据。
教学基本要求
1. 对分子无规则热运动有一个清晰的微观图像；
2. 掌握气体分子运动论的两个基本公式—理想气 体的压强公式及平均平动动能与温度的关系式， 理解压强和温度的微观解释；
§2.1 气体的微观图像
1、气体动理论基本观点
分子的观点：宏观物质由大量不连续的微观粒子(分子 或原子)组成
分子运动的观点：分子都在不停地作无规则的运动，剧 烈程度与温度有关。— 热运动 分子力的观点：分子之间有相互作用力----引力和斥力
微观理论，从分子热运动观点出发，依赖微 观粒子的力学规律，运用统计方法研究气体 分子热运动的宏观性质和变化规律。寻求宏 观量与微观量之间的关系，揭示气体宏观热 现象及其规律的微观本质。
第二章 气体动理论主要内容
• 气体的微观图像
• 理想气体的压强与温度
• 麦克斯韦速率分布律 • 能量按自由度均分定理