高二物理竞赛气体动动理论课件

第4章气体动理论任课教师：张艳自然界的任何物体都是由大量的分子或原子构成的，分子或原子总在不停的做无规则运动。物体的温度越高，这种运动越剧烈，所以我们把这种运动称为分子的热运动。sr0r合力斥力引力dfO10-9m分子力范德瓦耳斯力气体之间的距离引力可认为是零可看做理想气体§4.1理想气体的压强理想气体状态方程：其中，p是气体压强，V是气体的体积，M为气体的质量，μ为1mol气体的质量，R是普适气体恒量，T是气体的绝对温度。理想气体的压强公式推导

压强：大量分子碰单位面积器壁的平均作用力

设N

个同种分子每个分子质量m

分子数密度n=N/V速度为

的分子数密度ni=Ni/V

N=Ni

n=ni器壁取器壁上小面元dA>>分子截面面积第1步：一个分子碰壁对dA的冲量设该分子速度为冲量是第2步：dt时间内所有分子对dA的冲量第3步：dt时间内所有分子对dA的冲量第4步：由压强的定义得出结果或分子的平均平动动能压强公式指出:有两个途径可以增加压强1)增加分子数密度n

即增加碰壁的个数2)增加分子运动的平均平动能即增加每次碰壁的强度还可表示成理想气体温度的微观意义理想气体的状态方程：设每个分子的质量为m，气体分子的总个数为N，1mol气体分子的个数为N0，代入上式：式中为玻尔兹曼常数。理想气体的温度和分子平均平动动能的关系平均平动动能只与温度有关温度标志物体内部分子无规运动的剧烈程度温度是统计概念，只能用于大量分子方均根速率例：00C时H2分子O2分子13例1一容器储有氧气，，压强为1.01*105帕，温度为270C，

求：（1）气体分子的数密度（2）氧气的密度（3）分子的平均平动

动能（4）气体分子间平均距离解一容积为V=1.0m3的容器内装有N1=1.0×1024

个氧分子N2=3.0×1024

个氮分子的混合气体，混合气体的压强

p=2.58×104Pa。(1)由压强公式,有例求(1)分子的平均平动动能；(2)混合气体的温度解(2)由理想气体的状态方程得§4.2能量均分定理一、自由度确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数目。单原子分子双原子分子多原子分子(x,y,z)xyzi=3i=5i=6二、能量均分定理能量均分定理：在温度为T的平衡态下，气体分子每个自由度上的平均动能都相等，且等于kT/2。如果一个气体分子的自由度数为i，其平均总动能为：单原子分子：平均总动能=平均平动动能i=3刚性双原子分子：i=5平均总动能=平均平动动能+平均转动动能i=6多原子分子：平均总动能=平均平动动能+平均转动动能三、理想气体的热力学能设某种气体的分子自由度为i

，一个分子的平均动能为，1mol气体含有个分子，故1mol理想气体的热力学能为：质量为M、摩尔质量为μ

的理想气体的热力学能是：由上式可知：一定量的某种理想气体的热力学能完全取决于气体的热力学温度T，与气体的压强和体积都无关。§4.3麦克斯韦速率分布律

单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布遵循统计规律，因而是确定的——麦克斯韦速率分布律。该速率区间内分子数占总分子数的比例：设总分子数N，速率区间v~v+dv，该速率区间内分子数dN速率v附近单位速率区间内分子数占总分子数的百分比麦克斯韦速率分布函数f(v)f(vp)vvpvv+dv面积f(v)f(vp3