第3章--气体动理论.pptx

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3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论1研究对象研究对象热运动热运动:

构成宏观物体的大量微观粒子构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规则运动的永不休止的无规则运动.热现象热现象:

与温度有关的物理性质的变化与温度有关的物理性质的变化.研究对象特征研究对象特征单个单个分子分子:

无序、具有偶然性、遵循力无序、具有偶然性、遵循力学规律学规律.整体整体（大量分子大量分子）:

服从统计规律服从统计规律.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论2宏观宏观量量:

表示大量分子集体特征的物理表示大量分子集体特征的物理量量（可直接测量可直接测量）,如如p，V，T等等.微观微观量量:

描述个别分子运动状态的物理描述个别分子运动状态的物理量量（不可直接测量不可直接测量），如分子的，如分子的m，等等.宏观宏观量量微观微观量量统计平均统计平均3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论3研究方法研究方法1热力学热力学宏观宏观描述描述

（1）具有可靠性；具有可靠性；

（2）知其然而不知其所以然；知其然而不知其所以然；（3）应用宏观参量应用宏观参量.特点特点2气体动理论气体动理论微观微观描述描述

（1）揭示宏观现象的本质；揭示宏观现象的本质；

（2）有局限性，与实际有偏差，不有局限性，与实际有偏差，不可任意推广可任意推广.特点特点3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论4一一气体的物态参量气体的物态参量（宏观量宏观量）1压强压强：

力学力学描述描述单位单位:

标准大气压标准大气压:

纬度海平面处纬度海平面处,时的时的大气压大气压.2体积体积:

几何几何描述描述单位单位:

3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论53温度温度:

热学热学描述描述单位单位:

（开尔文开尔文）.二二平衡态平衡态一定量的气体，一定量的气体，在不受外界的影响下，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态观性质不随时间变化的状态称为平衡态.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论6真真空空膨膨胀胀3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论7平衡态的特点平衡态的特点

（1）单一性单一性（p，T处处相等处处相等）；

（2）物态的物态的稳定性稳定性与时间无关；与时间无关；（3）自发过程的终点；自发过程的终点；（4）热动平衡热动平衡（有别于力平衡有别于力平衡）.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论8三三理想气体物态方程理想气体物态方程物态方程物态方程:

理想气体平衡态宏观参量间的理想气体平衡态宏观参量间的函数关系函数关系.理想气体宏观定义理想气体宏观定义:

遵守三个实验定律的气体遵守三个实验定律的气体.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论9摩尔气体常量摩尔气体常量对一定质量的对一定质量的同种气体同种气体理想气体物理想气体物态方程一态方程一3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论10k称为玻耳兹曼常量称为玻耳兹曼常量.n=N/V，为气体分子数密度，为气体分子数密度.理想气体物理想气体物态方程二态方程二3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论11四四热力学第零定律热力学第零定律如果物体如果物体A和和B分别与物体分别与物体C处于热平处于热平衡的状态，那么衡的状态，那么A和和B之间也处于热平衡之间也处于热平衡.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论12例例:

某种柴油机汽缸容量为某种柴油机汽缸容量为0.82710-3m3.设压缩前设压缩前其中气体的温度是其中气体的温度是47C,压强为压强为8.5104Pa,当活塞急当活塞急剧上升时剧上升时.可把空气压缩到原体积的可把空气压缩到原体积的1/17,压强增加到压强增加到4.2106Pa.求此时空气的温度求此时空气的温度,这时将柴油喷入汽缸这时将柴油喷入汽缸将发生怎样的情况将发生怎样的情况?

（空气可视为理想气体空气可视为理想气体）解解:

将空气看作理想气体将空气看作理想气体,有有这一温度超过了柴油的燃点这一温度超过了柴油的燃点,所以喷入柴油会立即燃烧所以喷入柴油会立即燃烧.3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论13例例:

容器内容器内装有装有0.1kg氧气氧气.压强为压强为10105Pa,温度为温度为47C由于容由于容器漏气器漏气,经一段时间后压强降到原来的经一段时间后压强降到原来的5/8,温度降到温度降到27C.问问:

（1）容器容器的容积有多大的容积有多大?

（2）漏了多少氧气漏了多少氧气?

（设设氧气可看作理想气体氧气可看作理想气体）解解:

（1）根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程,求得求得

（2）设漏气后的压强、温度分别为设漏气后的压强、温度分别为p、T,质量为质量为M,根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程,求得求得可见漏去气体质量可见漏去气体质量M=MM=0.10.0667=0.0333kg3-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论14例例1、氧气瓶容积为、氧气瓶容积为3.210-2m3，其中氧气压力为，其中氧气压力为1.3107Pa。

氧气厂规定压力降到。

氧气厂规定压力降到106Pa时就要重新充气。

时就要重新充气。

设某实验室每天用设某实验室每天用1atm的氧气的氧气0.2m3,问在温度不变的情况问在温度不变的情况下，一瓶氧气能用多少天下，一瓶氧气能用多少天?

解：

解：

设使用前后瓶中氧气质量分别为设使用前后瓶中氧气质量分别为m1、m2,每天使用氧气质量为每天使用氧气质量为m33-1平衡态平衡态理想气体物态方程理想气体物态方程第三章第三章气体动理论气体动理论1515可用天数3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式16第三章第三章气体动理论气体动理论

（1）分子可视为质点；分子可视为质点；线度线度间距间距，；

（2）除碰撞瞬间除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；分子间无相互作用力；一一理想气体的微观模型理想气体的微观模型（4）分子的运动遵从经典力学的规律分子的运动遵从经典力学的规律.（3）弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式17第三章第三章气体动理论气体动理论设设边长分别为边长分别为x、y及及z的的长方体中长方体中有有N个全同的质量为个全同的质量为m的气体分子，计的气体分子，计算算壁面所受压强壁面所受压强.二二理想气体压强公式理想气体压强公式3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式18第三章第三章气体动理论气体动理论3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式19第三章第三章气体动理论气体动理论热动平衡的统计规律（热动平衡的统计规律（平衡态平衡态）

（1）分子按位置的分布是均匀的分子按位置的分布是均匀的.大量分子碰撞的总效果大量分子碰撞的总效果：

恒定的、持续：

恒定的、持续的力的作用的力的作用.单个分子碰撞特性单个分子碰撞特性：

偶然性：

偶然性、不连续性、不连续性.3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式20第三章第三章气体动理论气体动理论各方向运动各方向运动概概率均等率均等方向速度平方的平均值方向速度平方的平均值

（2）分子各方向运动概率均等分子各方向运动概率均等.各方向运动概率均等各方向运动概率均等分子运动速度分子运动速度分子在各方向上的分子在各方向上的速度矢量和为速度矢量和为03-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式21第三章第三章气体动理论气体动理论分子施于器壁的冲量分子施于器壁的冲量:

x方向动量变化方向动量变化:

单个单个分子遵循力学规律分子遵循力学规律.3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式22第三章第三章气体动理论气体动理论单个分子单位时间单个分子单位时间施于器壁的冲量施于器壁的冲量:

两次碰撞间隔时间两次碰撞间隔时间:

单位时间碰撞次数单位时间碰撞次数:

3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式23第三章第三章气体动理论气体动理论单位时间单位时间N个粒子对器壁总冲量个粒子对器壁总冲量:

大量大量分子总效应分子总效应器壁器壁所受平均冲力所受平均冲力:

3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式24第三章第三章气体动理论气体动理论气体压强气体压强统计规律统计规律分子平均平动动能分子平均平动动能气体压强公式气体压强公式3-3理想气体的压强公式理想气体的压强公式25第三章第三章气体动理论气体动理论统计关系式统计关系式压强的物理压强的物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量的统计平均值微观量的统计平均值思考思考：

为何在推导气体压强公式时不考虑分为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的相互碰撞子间的相互碰撞？

3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五版第五版26第三章第三章气体动理论气体动理论分子平均平动动能：

分子平均平动动能：

宏观可测量量宏观可测量量微观量的统计平均微观量的统计平均理想气体压强公式理想气体压强公式理想气体物态方程理想气体物态方程3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五版第五版27第三章第三章气体动理论气体动理论温度温度T的物理的物理意义意义（3）在同一温度下各种气体分子平均平在同一温度下各种气体分子平均平动动能均相等动动能均相等.

（1）温度是分子平均平动动能的量度温度是分子平均平动动能的量度.

（2）温度是大量分子的集体表现温度是大量分子的集体表现.3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五版第五版28第三章第三章气体动理论气体动理论热热运动与运动与宏观宏观运动的运动的区别区别：

温度所温度所反映的是分子的无规则运动，它和物体反映的是分子的无规则运动，它和物体的整体运动无关，物体的整体运动是其的整体运动无关，物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现中所有分子的一种有规则运动的表现.注意注意3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五版第五版29第三章第三章气体动理论气体动理论（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，氦气压强大于氮气压强温度相同，氦气压强大于氮气压强.（D）温度相同，氦气压强小于氮气压强温度相同，氦气压强小于氮气压强.解解1一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且都处于平衡状态，则：

平动动能相同，而且都处于平衡状态，则：

讨讨论论3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五版第五版30第三章第三章气体动理论气体动理论2理想气体体积为理想气体体积为V，压强为，压强为p，温度为，温度为T.一个分子一个分子的质量为的质量为m，k为玻耳兹曼常为玻耳兹曼常量，量，R为摩尔气体常量，则该理想气体的分为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为：

子数为：

（A）（B）（C）（D）解解3-4理想气体分子理想气体分子平均平动动能与温度的关系平均平动动能与温度的关系物理学物理学第五