大學(xué)物理02理想氣體的壓強(qiáng)和溫度.ppt

1,理想氣體壓強(qiáng)和溫度的統(tǒng)計(jì)意義,2,壓強(qiáng)是由于大量氣體分子對容器壁碰撞的結(jié)果。,例如：籃球充氣后，球內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)，是由大量氣體分子對球壁碰撞的結(jié)果。,我們要用氣體分子運(yùn)動論來討論宏觀的壓強(qiáng)與微觀的氣體分子運(yùn)動之間的關(guān)系。,1.研究方法,從微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)和分子運(yùn)動論出發(fā)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律和統(tǒng)計(jì)平均方法，解釋氣體的宏觀現(xiàn)象和規(guī)律，并建立宏觀量與微觀量之間的關(guān)系。,2.關(guān)于理想氣體的一些假設(shè),理想氣體的假設(shè)可分為兩部分：一部分是關(guān)于分子個(gè)體的；另一部分是關(guān)于分子集體的。,3,1.氣體分子本身的線度比起分子間的平均距離來說，小得多，可以忽略不計(jì)，,（1）個(gè)體分子的力學(xué)性質(zhì)假設(shè),2.氣體分子間和氣體分子與容器壁分子之間除了碰撞的瞬間外，不存在相互作用。,3.分子在不停地運(yùn)動著，分子之間及分子與容器壁之間頻繁發(fā)生碰撞，這些碰撞都是完全彈性碰撞。,4.每個(gè)分子都遵從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。,理想氣體的微觀模型假設(shè)：理想氣體分子像一個(gè)個(gè)極小的彼此間無相互作用的彈性質(zhì)點(diǎn)。,對于單個(gè)分子的運(yùn)動遵守牛頓定律，但由于分子數(shù)目太多，使得單個(gè)分子的運(yùn)動極為復(fù)雜，即單個(gè)分子的運(yùn)動是無規(guī)則的，運(yùn)動情況瞬息萬變。但大量分子的整體卻出現(xiàn)了規(guī)律性，這種規(guī)律性具有統(tǒng)計(jì)平均的意義，稱為統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。,4,2、分子集體的統(tǒng)計(jì)假設(shè),對大量無規(guī)則的事件，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，滿足一定的規(guī)律性，事件的次數(shù)越多，規(guī)律性也越強(qiáng)，,定義: 某一事件 i 發(fā)生的概率 Pi,例如：投擲硬幣，有2個(gè)面，開始幾次出現(xiàn)哪一面朝上是無規(guī)律的，但隨著投擲的次數(shù)越多，出現(xiàn)某一面的概率越接近二分之一。,統(tǒng)計(jì)規(guī)律有以下幾個(gè)特點(diǎn):,1. 對大量偶然事件整體所遵守的規(guī)律為統(tǒng)計(jì)規(guī)律。,道爾頓板實(shí)驗(yàn),2.總是伴隨著漲落。,5,以氣體的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性為依據(jù)，可以對氣體系統(tǒng)提出統(tǒng)計(jì)假設(shè)：,1.氣體分子處在平衡態(tài)時(shí)，若忽略重力的影響分子在容器中的空間分布平均來說是均勻的，如果以N表示容積體積V內(nèi)的分子數(shù)，則分子數(shù)密度n應(yīng)到處一樣，,2.氣體在平衡態(tài)時(shí)，每個(gè)分子的速度指向任何方向的機(jī)會（幾率）是一樣的。,分子在 x 方向的平均速度：,分子的無規(guī)則的熱運(yùn)動的內(nèi)在規(guī)律性：分子在各方向運(yùn)動的概率是相同的，沒有哪個(gè)方向的運(yùn)動占優(yōu)勢。,由于分子沿 x 軸正向和 x 軸負(fù)向的運(yùn)動概率是相同的，因此，在 x 方向上分子的平均速度為 0 。,6,同樣有,分子速度在x方向的方均值：,同理，分子速度在y、z方向的方均值：,由于分子在x、y、z三個(gè)方向上沒有哪個(gè)方向的運(yùn)動占優(yōu)勢，所以，分子的三個(gè)速度方均值相等。,由矢量合成法則，分子速度的方均值為：,則,7,注意：統(tǒng)計(jì)假設(shè)是對系統(tǒng)中大量分子平均而言的，若系統(tǒng)包含的分子數(shù)越多，假設(shè)就愈接近實(shí)際情況。,同理,dI為大量分子在dt時(shí)間內(nèi)施加在器壁dA面上的平均沖量。,3.理想氣體壓強(qiáng)公式,從微觀上看，氣體的壓強(qiáng)等于大量分子在單位時(shí)間內(nèi)施加在單位面積器壁上的平均沖量。有:,設(shè)在體積為V的容器中儲有N個(gè)質(zhì)量為m的分子組成的理想氣體。平衡態(tài)下，若忽略重力影響，則分子在容器中按位置的分布是均勻的。分子數(shù)密度為：n=N/V。,8,平衡態(tài)下，器壁各處壓強(qiáng)相等，取直角坐標(biāo)系，在垂直于x軸的器壁上任取一小面積dA,計(jì)算其所受的壓強(qiáng)（如右圖）,2.分子以vx向dA 面碰撞，并以 -vx 彈回，分子受 dA 面的沖量：,1.跟蹤一個(gè)分子，某一時(shí)刻的速度 v 在 x方向的分量為 vx 。則有：,為討論方便，將分子按速度分組，第i組分子的速度為vi（嚴(yán)格說在vi 附近）分子數(shù)為Ni,分子數(shù)密度為 ni=Ni/V,并有n=n1+n2+ni+.=ni,9,dt時(shí)間內(nèi)，碰到dA面的第i組分子施于dA的沖量為：,單個(gè)分子在對dA的一次碰撞中施于dA的沖量為 2mvix。,在全部速度為vi的分子中，在dt時(shí)間內(nèi)，能與dA相碰的只是那些位于以dA為底，以 vixdt 為高，以 vi為軸線的柱體內(nèi)的分子。分子數(shù)為 nivixdtdA 。,dt時(shí)間內(nèi)，與dA相碰撞的所有分子施與dA的沖量為：,注意： vix 0 的分子不與dA碰撞。,2mni vix2dtdA。,10,容器中氣體無整體運(yùn)動，平均來講 vix 0 的分子數(shù)等于 vix 0 的分子數(shù)。,壓強(qiáng),又,平衡態(tài)下，分子速度按方向的分布是均勻的，,所以,壓強(qiáng)公式,11,定義分子平均平動動能：,壓強(qiáng)公式又可表示為：,由氣體的質(zhì)量密度：,壓強(qiáng)公式：,壓強(qiáng)公式又可表示為：,1.壓強(qiáng)是由于大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生的，它是對大量分子統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果。對單個(gè)分子無壓強(qiáng)的概念。,2.壓強(qiáng)公式建立起宏觀量壓強(qiáng) P 與微觀氣體分子運(yùn)動之間的關(guān)系。,注意幾點(diǎn)：,12,由壓強(qiáng)公式,溫度公式：,明確幾點(diǎn)：,1.溫度是對大量分子熱運(yùn)動的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，對個(gè)別分子溫度無意義。,溫度是分子平均平動動能的標(biāo)志。,2.,分子運(yùn)動得越激烈，溫度越高。,3. 不同氣體溫度相同，平均平動動能相同。,13,不同氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的 n 相同。,5.由溫度公式可計(jì)算某一溫度下氣體的方均根速率。,4.由P=nkT可知標(biāo)準(zhǔn)狀況下分子數(shù)密度。,方均根速率,