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大学物理第5章气体动理论课件讲义资料讲解

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第5章 气体动理论 §5.1 *衡态 温度 理想气体状态方程 §5.2 理想气体的压强和温度 §5.3 能量均分定理 理想气体的内能 §5.4 麦克斯韦分子速率分布定律 §5.5 分子*均碰撞频率和*均自由程 ------------------------------------------------------------------------------- 本章从物质的微观结构出发,以统 计方法为基础,研究热现象的微观本质, 揭示*衡状态下气体的宏观参量----压 强与温度的微观本质;讨论*衡态下能 量均分定理,理想气体的分子速率的统 计规律。思维线索是,运用统计物理学, 根据物质的分子结构,建立起各宏观量 与微观量的统计*均值之间的关系。 ------------------------------------------------------------------------------- §5.1 *衡态 温度 理想气体状态方程 一. *衡态 1.热力学系统:(热力学的研究对象) 大量微观粒子(分子、原子等)组成的宏 观物体。 外界: 研究对象以外的物体称为系统的外界。 研究一个热力学系统的热现象规律时,既要注意 系统内部的各种因素,还要注意外部环境的影响。 ------------------------------------------------------------------------------- 系统与外界之间 ①能量交换:做功;传送热量(传递热量)。 ②物质交换:蒸发、凝结、扩散、泄漏等。 外界 系统 外界 根据系统与外界的交换特点将系统分类: 孤立系统、封闭系统、开放系统 ------------------------------------------------------------------------------- (1)孤立系统:与外界无能量和物质交换 (2)封闭系统:与外界有能量但无物质交换 (3)开放系统:与外界既有能量和又物质交换 热力学系统按所处的状态不同,可分类为: (1)热*衡态系统:对于一个不受外界影响的 系统(孤立系统), 不管其初始状态如何, 只要经过足够长的时间,最终必将达到一个 宏观性质不再随时间变化的稳定状态----称 为热*衡态。 (2)非*衡态系统 ------------------------------------------------------------------------------- 2.热*衡态 不受外界影响的系统;且其宏观性质不随 时间变化;稳定状态。 *衡条件:(同时满足) (1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换; (孤立的系统) (2)系统的宏观性质不随时间变化。 因此,系统处于热*衡态时,系统内部任 一体元均处于力学*衡、热*衡(温度处处相 同)、相*衡(无物态变化)和化学*衡(无 单方向化学反应)之中。 ------------------------------------------------------------------------------- 非*衡态:不具备两个*衡条件之任一条件的状态 ①出现未被*衡的力:出现物质流动 ②存在温差(冷热不一致):出现热量流动 ③存在未被*衡的相(物态):出现相变(物态变 化) ④存在单方向化学反应:出现成分变化(新物质增 加,旧物质减少) ------------------------------------------------------------------------------- 说明: ①*衡态是一种热动*衡:处于*衡态下的系统 中,粒子仍作不停的无规则热运动,所以系统宏 观上的*衡态是大量粒子热运动的*均效果。 (统计*均) ②*衡态是一种理想状态:孤立系统是理想系统, 但当系统受到的外界影响可以忽略,宏观性质只 有很小变化时,可*似看作*衡态。 ------------------------------------------------------------------------------- ③要注意区分*衡态与稳定态:若系统受到外界 影响,例如将金属棒的一端放入沸水中,另一端 放入冰水中,金属棒在这两个恒定的热源之间, 经过足够长的时间后,也达到一个稳定的状态---称为定态,但不是*衡态。因为在外界的影响下, 仍会不断地有热量从金属棒高温端传递到低温端, 即仍有热量的传递。 ------------------------------------------------------------------------------- 3.热力学系统的描述 宏观量: *衡态下用来描述系统宏观属性的物理量 描述系统热*衡态的一组相互独立的宏观量, 叫系统的状态参量。 常用:(体积)V、(力学) 压强p、 (热学)温度T 国际单位: 压强:帕斯卡(Pa) 1大气压(atm)=760mm汞柱(Hg)=1.013×105Pa 体积:立方米 1m3=103L(升) ------------------------------------------------------------------------------- 一组状态参量 描述 一个*衡态 对应 状态参量之间的函数关系 称为状态方程(物态方程) f ( p,V ,T) 0 微观量: 描述系统内个别微观粒子特征的物理量 例如分子:质量、 直径、速度、动量、能量 等 微观量与宏观量有一定的内在联系 ------------------------------------------------------------------------------- 二.热力学第零定律 温度 1.温度的概念 温度表征物体的冷热程度。冷热是人们对自然 界的一种体验,是对物质世界的直接感觉,但单 凭人的感觉



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