《高二物理竞赛热力学平衡的基本概念和压强温度的微观解释.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛热力学平衡的基本概念和压强温度的微观解释.pptx（16页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、气体气体动理动理热力学平衡的基本概念和压热力学平衡的基本概念和压强温度的微观解强温度的微观解释释气体气体动理动理大大 学学 物物 理理热物理学热物理学大量分子无规则热运动的规律大量分子无规则热运动的规律 大学物理大学物理力学、振动和波、热学、力学、振动和波、热学、电磁、光等电磁、光等从微观角度从微观角度用微观出发用微观出发揭示热现象本质揭示热现象本质位位 置置研究内容研究内容研究方法研究方法从宏观角度从宏观角度正确？正确？需实验检验需实验检验由实验事实由实验事实反映热现象规律反映热现象规律正确正确本质是什么不知本质是什么不知7 气体动理论气体动理论8 热力学基础热力学基础相辅相成，相辅相成，互
2、相补充互相补充 7 气体动理论气体动理论几个概念几个概念 理想气体状态方程理想气体状态方程几个统计规律几个统计规律气体气体动理动理7.1 7.1 热力学平衡的基本概念热力学平衡的基本概念7.1.1 7.1.1 热力学系统的平衡热力学系统的平衡1.1.热力学系统热力学系统( (系统系统) )p、T、化学组分、化学组分处处相等处处相等不受外界影响条件下不受外界影响条件下由大量分子、原子组成的宏观物体由大量分子、原子组成的宏观物体经足够长时间经足够长时间系统达到宏观性质系统达到宏观性质不随不随 t 变的状态变的状态2.2.平衡态平衡态(1)(1)概念概念(2)(2)特点特点热动平衡热动平衡C100C
3、0？平衡态？平衡态？平衡态？平衡态之后的讨论之后的讨论均在该态均在该态气体气体动理动理7.1 7.1 热力学平衡的基本概念热力学平衡的基本概念( (一平衡态一平衡态) )7.1.2 7.1.2 状态参量状态参量1.1.微观量与宏观量微观量与宏观量描述平衡态的宏观量描述平衡态的宏观量2.2.状态参量状态参量(1)(1)体积体积V(2)(2)温度温度T还有：还有：3.3.气体的状态参量气体的状态参量(3)(3)压强压强 p在在SISI中中: :m333m10L1常用：常用：摄氏温度摄氏温度 表示表示t；单位；单位热力学温度热力学温度 表示表示T；单位；单位K关系：关系：tT15.273在在SISI
4、中中: :帕斯卡帕斯卡（PaPa）-2mN1Pa1还有还有: :)mmHg(760Pa10013. 1)(atm15毫米汞柱标准大气压4.4.平衡态的图示平衡态的图示OVp气体气体动理动理7.1 7.1 热力学平衡的基本概念热力学平衡的基本概念( (一平衡态一平衡态 二状态参量二状态参量) )7.1.3 7.1.3 理想气体理想气体状态方程状态方程1.1.状态方程状态方程(2)(2)理想气体：理想气体：各状态参量之关系各状态参量之关系在任何情况下都遵守在任何情况下都遵守该规律该规律的气体的气体 气体在压强不太大气体在压强不太大( (比大气压比大气压) )、温度不太低、温度不太低( (比室温比室
5、温) ) 时时(1)(1)实验：实验：其中：其中：M气体的质量气体的质量11KmolJ31. 8RRTMMpVmol2.2.气体状态方程气体状态方程p、V、T之关系式之关系式3.3.理想气体状态方程理想气体状态方程Mmol气体的摩尔质量气体的摩尔质量R普适气体常量普适气体常量(3)(3)理想气体状态方程：理想气体状态方程：气体气体动理动理7.1 7.1 热力学平衡的基本概念热力学平衡的基本概念( (一平衡态一平衡态 二状态参量二状态参量 三状态方程三状态方程) )分子数密度分子数密度令令：应用注意：应用注意：单位单位：T热力学温度热力学温度RTMMpVmol4.4.理想气体状态方程的另一种形式
6、理想气体状态方程的另一种形式设：设：气体中分子数为气体中分子数为N，每个分子质量，每个分子质量m有：有：则：则：标准状态标准状态：mNMNmMAmolTNRVNpRTmNNmpVAAVNn 玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量123KJ1038. 1ANRknkTp 说明说明K15.2730Pa,101.013atm15CTp讲实验规律？讲实验规律？气体动理论研究：气体动理论研究：p、V、T的微观本质？的微观本质？为什么满足状态方程？为什么满足状态方程？理想气体状态方程理想气体状态方程由：由：阿伏伽德罗常量阿伏伽德罗常量 NA =6.0221023 (1mol中的分子数中的分子数)例例已知：容器已知：容器
7、V(dm3) )中有氢气，温度为中有氢气，温度为t1时，压强为时，压强为p1(atm) )，由于漏气，当温度升为，由于漏气，当温度升为t2时，时，p2=p1求求: :(1)(1)漏掉氢气的质量漏掉氢气的质量 ； (2)(2)此时分子数密度和密度此时分子数密度和密度(1)(1)解：解：注意注意: :1mol11RTMMVpkg/mol2)mol(H2M应用理想气体状态方程应用理想气体状态方程漏之前：漏之前：21MMM(2)(2)n：nkTp 由Paatm；K;mdm33C22kTpn 2mol22RTMMVp漏之后：漏之后：(3)(3)：VM22mol222mol22RTMpVMRTMMVpRT
8、MMpVmol气体气体动理动理7.2 7.2 压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释7 气体动理论气体动理论几个概念几个概念 理想气体状态方程理想气体状态方程压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释理想气体的内能理想气体的内能气体分子速率分布律气体分子速率分布律气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程几个统计规律几个统计规律目的：目的：p、T的微观本质的微观本质需要：需要：假设假设气体气体动理动理7.2 7.2 压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释7.2.1 7.2.1 分子间分子间作作用力用力7.2.2 7.2.2 理想气体的基本微观理想气体的基本微观假假设设1.1.关于分子个体的假设
9、关于分子个体的假设视为质点视为质点碰外无相互作用碰外无相互作用碰为完全弹性碰为完全弹性( (之后有之后有刚刚体、体、小球小球靠靠实验实验)2.2.关于分子集体的统计假设关于分子集体的统计假设各分子速度不同，并不断变化各分子速度不同，并不断变化分子速度按方向的分布是均匀的分子速度按方向的分布是均匀的因为：因为： 哪哪个方个方向更优越向更优越？zyxvvv222zyxvvv注意：注意：.只只有有针对针对大量分子大量分子才才是正确的是正确的 .0zyxvvv0312222vvvvzyxrf斥斥力力0r引引力力气体气体动理动理7.2 7.2 压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释( (一分子力一分子
10、力 二假设二假设) )7.2.3 7.2.3 理想气体压强理想气体压强公公式式1.1.气体压强产生的机理气体压强产生的机理 设：设：容器容器中有中有N个个同类同类气体分子气体分子2.2.推导推导 推导：推导：考察：考察：A1 1面面受的压强受的压强 vxvvxyz1A3l2l1lixxmvI2i分子分子碰碰一次一次对对A1的的冲冲量量大量分子大量分子对对容器容器壁壁不不断碰撞断碰撞的的结果结果连续两连续两次次碰撞碰撞的时间间的时间间隔隔ixvl12单位时间内单位时间内对对A1的的冲冲量量单位时间内单位时间内对对A1碰撞碰撞的次数的次数12lvixixixmvlv221单位时间单位时间N个分子个
11、分子对对A1的的冲冲量量ixixmvlv221A1受平均受平均冲冲力力21ixvlmFA1上上压强压强2321ixvll lmSFpNN2xvnm231vnm231vnmp 气体气体动理动理7.2 7.2 压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释( (一分子力一分子力 二假设二假设 三压强公式三压强公式) )7.2.3 7.2.3 理想气体压强理想气体压强公公式式3.3.理想气体压强公式理想气体压强公式形式一：形式一：231vnmp 形式二：形式二：221vmt令称称气体分子的气体分子的平均平动动能平均平动动能tnp32从微观看从微观看压强是压强是大量大量分子与器壁不断碰撞的平均效果分子与器壁
12、不断碰撞的平均效果 对对少量少量分子谈压强是没有意义的分子谈压强是没有意义的 pnp；说明说明？气体气体动理动理第二十次第二十次气体气体动理动理7.1 7.1 7.2 概念、状态方程、概念、状态方程、pT微观解释微观解释回顾回顾其中：其中：1.1.平衡态平衡态2.2. 理想气体状态方程理想气体状态方程 (1)产生机理产生机理孤立孤立系、宏观不随系、宏观不随t变，各处变，各处pT相相同同RTMMpVmol注意：注意：单位单位问问题题nkTp RT3.3. 气体压强气体压强 tnp32221vmt称称气体分子的气体分子的平均平动动能平均平动动能(2)公式公式7 气体动理论气体动理论几个概念几个概念
13、 理想气体状态方程理想气体状态方程压强压强和温度和温度的微观解释的微观解释理想气体的内能理想气体的内能气体分子速率分布律气体分子速率分布律气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程几个统计规律几个统计规律vxvvxyz1A3l2l1l大量大量气体气体动理动理7.2 7.2 压强和温度的微观解释压强和温度的微观解释( (一分子力一分子力 二假设二假设 三压强公式三压强公式) )7.2.4 7.2.4 理想气体的温度理想气体的温度公公式式由由kTt23tnp32nkTp 1.1.温度公式温度公式2.2. 温度的微观本质温度的微观本质 分子运动永不停息分子运动永不停息.热力学零度不可能达到热力学零度不
14、可能达到 气体温度是分子平均平动动能的量度气体温度是分子平均平动动能的量度T温度是大量分子热运动的集体表现，对个别或少数分子温度是大量分子热运动的集体表现，对个别或少数分子 说说“温度温度”是没有意义的是没有意义的 分子运动分子运动剧烈剧烈程度程度例例容积为容积为20L的容器内的容器内装装有有2.0g氢气，当容器内压强为氢气，当容器内压强为300mmHg时时求求: :(1)(1)氢分子的平均平动动氢分子的平均平动动能能；(2)(2)单位体积内的分子数；单位体积内的分子数； (3)(3)氢气的密度；氢气的密度； (4)(4)氢分子的质量氢分子的质量。(1)(1)解：解：注意注意: :TRTMMp
15、Vmolkg/mol1023)mol(H2M由理想气体状态方程由理想气体状态方程VM(3)(3)Pa76010013. 1300m1020kg100 . 25333pVM；)mmHg(760Pa10013. 1)(atm15毫米汞柱标准大气压t；kTnpvmttt2332212(2) (2) n：(4) (4) m：分子数密度分子数密度VNn m分子数分子数mMN 方法一：方法一：ANMmmol方法二：方法二：例例 一一瓶氦瓶氦气和一气和一瓶氮瓶氮气质量密度相气质量密度相同同，分子平均平动动，分子平均平动动能能相相同同，而且它们而且它们都处于平衡状态，则都处于平衡状态，则A 温度相温度相同同，压强相，压强相同同B 温度、压强都不相温度、压强都不相同同C 温度相温度相同同，但氦但氦气的压强大于气的压强大于氮氮气的压强气的压强D 温度不相温度不相同同，但氦但氦气的压强气的压强小小于于氮氮气的压强气的压强比较温度、压强比较温度、压强C解：解：；kTnptt2332同t温度同温度同氦气与氮气氦气与氮气NHeNHe；mm关系、mpn)(分子数密度分子数密度VNn 分子数分子数mMN mVmMntmp32