《2021-2022学年高二物理竞赛课件：理想气体的内能.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2021-2022学年高二物理竞赛课件：理想气体的内能.pptx（14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、理想气体的内能 对于非刚性分子，对于非刚性分子，其振动能量中除了有振动动能其振动能量中除了有振动动能(mv2/2),还有振动势能还有振动势能(kx2/2).根据简谐振动理论，根据简谐振动理论，在一个周期内，振动动能与振动势能的平均值是相等的在一个周期内，振动动能与振动势能的平均值是相等的。因此，对应于每一个振动自由度，分子除了具有。因此，对应于每一个振动自由度，分子除了具有 kT/2 的平均振动动能，还有的平均振动动能，还有 kT/2 的平均振动势能。因的平均振动势能。因此，此，能量均分定理更普遍的表述形式为能量均分定理更普遍的表述形式为分子的平均总能量分子的平均总能量 对于具有对于具有 t
2、个平动自由度，个平动自由度，r 个转动自由度，个转动自由度，和和 s 个振动自由度的分子，个振动自由度的分子，能量均分定理的更普遍表述能量均分定理的更普遍表述 分子的能量中每具有一个平方项，就对应一个分子的能量中每具有一个平方项，就对应一个kT/2的平均能量的平均能量。使平动动能、转动动能、振动动能和振动势能达到均衡，使平动动能、转动动能、振动动能和振动势能达到均衡，即每个自由度上平均分配即每个自由度上平均分配 kT/2 能量。能量。由于分子间的激烈碰撞（几亿次由于分子间的激烈碰撞（几亿次/秒），使平动动能、秒），使平动动能、转动动能、振动动能和振动势能之间不断转换，转动动能、振动动能和振动势
3、能之间不断转换，3)能量均分定理不仅适用于气体能量均分定理不仅适用于气体,对液体、固体也适用对液体、固体也适用.2）为什么分配到各自由度的平均运动能量都是）为什么分配到各自由度的平均运动能量都是kT/2呢？呢？1）能量均分定理是统计规律，只适用于大量分子组成）能量均分定理是统计规律，只适用于大量分子组成的系统。的系统。平动动能平动动能转动动能转动动能振动动能振动动能振动势能振动势能说明：说明：4)根根据据量量子子理理论论，分分子子能能量量是是量量子子化化的的，且且平平动动、转转动，振动的能级间距不同。动，振动的能级间距不同。振动能级间隔大振动能级间隔大转动能级间隔小转动能级间隔小平动能级连续平
4、动能级连续常温下常温下,热运动能热运动能 kT 0.026eV,故转动状态很容易被激故转动状态很容易被激发发,而振动状态很少被激发而振动状态很少被激发,对能量交换不起作用对能量交换不起作用.因此因此,常温下振动自由度常温下振动自由度 s 被被“冻结冻结”,气体分子可视为刚性气体分子可视为刚性的的,只需考虑其平动和转动自由度只需考虑其平动和转动自由度.这时这时,s=0,i=t+r,分子的平均总能量分子的平均总能量对刚性分子：对刚性分子：当当温温度度极极低低时时，转转动动自自由由度度 r 也也被被“冻冻结结”，任任何何气气体体分分子子都都可可视视为为只只有有平平动动自自由由度度,就就如如同单原子分
5、子。这时同单原子分子。这时,r=0,s=0,i=t,分子的平均总能量分子的平均总能量 理想气体的内能理想气体的内能1、内能：、内能：系统内部各种形式能量的总和系统内部各种形式能量的总和。内能是状态量。内能是状态量。包括包括每个分子自身各种运动的能量每个分子自身各种运动的能量(平动动能转动动平动动能转动动能振动动能能振动动能+振动势能）以及振动势能）以及分子间的相互作用势能分子间的相互作用势能.分子自身：分子自身：分子之间：分子之间：相互作用势能相互作用势能 Uij系统的内能：系统的内能：与与T 有关有关与与V 有关有关(不包括系统整体平动的能量不包括系统整体平动的能量)2、理想气体的内能表达式
6、、理想气体的内能表达式对于理想气体而言，分子间没有相互作用力对于理想气体而言，分子间没有相互作用力,一个理想气体分子的平均能量一个理想气体分子的平均能量:一摩尔理想气体的内能：一摩尔理想气体的内能：任意质量任意质量(M)的理想气体的内能：的理想气体的内能：理想气体的内能是温度的单值函数理想气体的内能是温度的单值函数-理想气体的另一理想气体的另一定义。定义。摩尔不同理想气体分子的内能：摩尔不同理想气体分子的内能：单原子分子气体，单原子分子气体，双原子双原子刚性刚性分子气体，分子气体，双原子双原子非刚性非刚性分子气体，分子气体，刚性多原子分子气体，刚性多原子分子气体，例例1.一容器内某理想气体的温
7、度为一容器内某理想气体的温度为T=273K，密度为，密度为=1.25 g/m3，压强为，压强为 p=1.010-3 atm，求：，求：(1)气体的摩尔质量，可能是何种气体？气体的摩尔质量，可能是何种气体？(2)气体分子的平均平动动能和平均转动动能？气体分子的平均平动动能和平均转动动能？(3)单位体积内气体分子的总平动动能？单位体积内气体分子的总平动动能？(4)设该气体有设该气体有0.3 mol，气体的内能？，气体的内能？由结果可知，这可能是由结果可知，这可能是N2 或或CO 气体气体。解：解：(1)由理想气体状态方程由理想气体状态方程(2)气体分子的气体分子的平均平动动能和平均转动动能平均平动动能和平均转动动能(3)单位体积内气体分子的总平动动能为单位体积内气体分子的总平动动能为(4)0.3 mol气体的内能气体的内能双原子分子气体，双原子分子气体，t=3,r=2例：例：贮存有氮气的容器以速度贮存有氮气的容器以速度100米米/秒运动。若该容秒运动。若该容器突然停止，问容器中温度将升多少？器突然停止，问容器中温度将升多少？已知：已知：解：解：当容器突然停止的时候，依能量守恒，氮气的当容器突然停止的时候，依能量守恒，氮气的机械机械能能(宏观有序运动宏观有序运动)将转化为其将转化为其内能内能(微观无规则运动微观无规则运动).).