第九章工程地质勘查(修改) (2)

1、B 概概 述述 一、热学研究内容及对象一、热学研究内容及对象 2.2.对象：热力学系统对象：热力学系统( (宏观大物体）宏观大物体） 对象的特征：大量无规运动的粒子组成对象的特征：大量无规运动的粒子组成 1.1.内容：与热现象有关的性质和规律内容：与热现象有关的性质和规律 热现象热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。是物质中大量分子无规则运动的集体表现。 大量分子的无规则运动称为大量分子的无规则运动称为热运动。热运动。 以阿佛加德罗常数以阿佛加德罗常数NA =61023计。计。 地球上地球上全部大气全部大气约有约有1044个分子个分子 一个人一个人每次呼吸气体每次呼吸气体大约是大约是10

2、22个分子个分子 超人超人 与宇宙同时出生与宇宙同时出生( (150亿年前亿年前) ) 每秒数每秒数10个分子个分子 数到现在才数了数到现在才数了 mol10 7 宏观法与微观法相辅相成宏观法与微观法相辅相成、相互补充相互补充。 二、热学的研究方法：二、热学的研究方法： 1.1.宏观描述法宏观描述法-热力学。热力学。 大量的实验事实大量的实验事实逻辑推理逻辑推理热现象的宏观理论热现象的宏观理论 优点：普遍、可靠。优点：普遍、可靠。 缺点：未揭示微观本质。缺点：未揭示微观本质。 2.2.微观描述法微观描述法-统计力学统计力学 （初级理论称为（初级理论称为气体动理论气体动理论） 物质的微观结构物质

3、的微观结构 + + 统计方法统计方法 宏观的热学规律宏观的热学规律 优点：揭示了热现象的微观本质。优点：揭示了热现象的微观本质。 缺点：可靠性、普缺点：可靠性、普 遍性差。遍性差。 宏观量与微观量宏观量与微观量 对热力学系统的两种描述方法：对热力学系统的两种描述方法： 1. 宏观量宏观量 从整体上描述系统的状态量，从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测一般可以直接测 量量。如。如 M、V、E 、P、T等等 2. 微观量微观量 描述系统内微观粒子运动状态的物理量。如分描述系统内微观粒子运动状态的物理量。如分 子的质量子的质量m、直径、直径 d 、速度、速度 v、动量、动量 p、能量、能量 等。

4、等。不能被我们的感官直接观察到，也不能直接不能被我们的感官直接观察到，也不能直接 测量。测量。 微观量与宏观量有一定的内在联系微观量与宏观量有一定的内在联系。 例如例如: : 气体的压强是大量分子撞击器壁气体的压强是大量分子撞击器壁 的平均效果，它与大量分子对器壁的冲力的平均效果，它与大量分子对器壁的冲力 的平均值有关。的平均值有关。 宏观量总是相应微观量的统计平均值宏观量总是相应微观量的统计平均值 第一章第一章 温度和气体动理论温度和气体动理论 1.2 理想气体压强公式理想气体压强公式 1.3 温度的微观意义温度的微观意义 1.4 能量均分定理能量均分定理 1.5 麦克斯韦速率分布率麦克斯韦

5、速率分布率 1.6 气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程 1.1 平衡态和理想气体状态方程平衡态和理想气体状态方程 在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时 间改变的状态，称为间改变的状态，称为平衡态平衡态。 1.1 平衡态和理想气体状态方程平衡态和理想气体状态方程 动态平衡：动态平衡：平衡态下，组成系统的大量分子仍在平衡态下，组成系统的大量分子仍在 不停的运动，只不过微观运动的不停的运动，只不过微观运动的总的平均效果总的平均效果不随不随 时间改变。表现为系统的宏观量不随时间改变。时间改变。表现为系统的宏观量不随时间改变。 平衡态是一个理想化

6、模型，我们主要研究平平衡态是一个理想化模型，我们主要研究平 衡态的热学规律。衡态的热学规律。 一、平衡态一、平衡态 1 1、温度、温度T：表示物体冷热程度的物理量表示物体冷热程度的物理量 二、状态参量：描述系统平衡态的宏观参量二、状态参量：描述系统平衡态的宏观参量 意义：互为热平衡的物体必然存在意义：互为热平衡的物体必然存在 一个相同的特征一个相同的特征- - 温度温度 AB C 热平衡定律热平衡定律( (热力学第零定律热力学第零定律) ) 二、体积二、体积V（m3）: :分子所能达到的空间分子所能达到的空间 三、压强三、压强p (Pa): 单位面积上的压力单位面积上的压力 273.15Tt

7、c 热力学温标（热力学温标（K） 三、理想气体状态方程三、理想气体状态方程： 气体的实验定律气体的实验定律 理想气体理想气体 1、玻意耳定律：一定质量的气体，在温度、玻意耳定律：一定质量的气体，在温度T保持不变时，保持不变时， 其压强其压强P与体积与体积V的乘积是个常量。的乘积是个常量。 PV=常量（常量（m与与T不变）不变） 2、盖、盖吕萨克定律：一定质量的气体，在压强吕萨克定律：一定质量的气体，在压强P保持不保持不 变时，其体积变时，其体积V与热力学温度与热力学温度T成正比。成正比。 V/T=常量（常量（m与与P不变）不变） 3、查理定律：一定质量的气体，在体积、查理定律：一定质量的气体，

8、在体积V保持不变时，保持不变时， 其压强其压强P与热力学温度与热力学温度T成正比。成正比。 P/T=常量（常量（m与与V不变）不变） 实验表明：无论何种气体，在压强不太大，温度不实验表明：无论何种气体，在压强不太大，温度不 太低时，都能较好的遵守上述三条定律。太低时，都能较好的遵守上述三条定律。 理想气体理想气体：根据上述实验事实，我们把在任何情：根据上述实验事实，我们把在任何情 况下都能严格遵守上述实验定律的气体称为理想况下都能严格遵守上述实验定律的气体称为理想 气体气体 表示理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量表示理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量 之间的关系式之间的关系式理想气体状态方

9、程理想气体状态方程 标准状态：标准状态：T0=273.16K p0=1atm=1.013105Pa 一定质量的理想气体，处在任一平衡态下一定质量的理想气体，处在任一平衡态下 常量 T PV 0 00 T VP T PV )/(31. 8 16.273 104 .2210013. 1 35 0 0,0 KmolJ T VP R m R-普适气体恒量普适气体恒量 Vm,0=22.4l=22.410-3m3 RTPV m RT M m - 质量质量 M - mol 质量质量 理想气体状态方程理想气体状态方程 0,0 0 m PV T NkTPV 系统内有系统内有 N个分子个分子 1mol任何气体分子

10、中任何气体分子中 都有都有NA个分子个分子 A NN / mol100236 23 /.N A nkTkT V N P nkTP 常用形式常用形式 KJ N R k A /1038. 1 23 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数 RTPV 各种实际气体，在通常的压强和不太低的温度的各种实际气体，在通常的压强和不太低的温度的 情况下，都近似的遵守这个状态方程，情况下，都近似的遵守这个状态方程， RT M m PV nkTP V N n A N R k 分子数密度分子数密度 mol100236 23 /.N A J/K10381 23 .k J/K.mol318.R 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数 理想气体状态方程理想气体状态方程 1) )标况下，空气分子数密度标况下，空气分子数密度 KT273 a 5 P10013. 1atm1P kT P n 2731038. 1 10013. 1 23 5 319 325 /1069. 2 m/1069. 2 cm 十亿亿亿十亿亿亿 2) 高真空高真空 mmHg10 13 PKT273 kT P n 2731038.1760 10013.110 23 513 39 m10543/. 十亿十亿 1.理气状态方程理气状态方程 nkT