《新工科大学物理》课件第7章 气体动理论1

第7章气体动理论7.1气体系统热运动的微观特征7.2理想气体的压强7.3温度的微观解释7.4能量均分原理7.5麦克斯韦速率分布定律7.6玻耳兹曼分布律7.7气体分子的平均自由程7.1气体系统热运动的微观特征气体(理想气体)一、研究对象二、研究方法

从物质的微观模型出发，应用力学规律和统计方法研究大量粒子热运动规律的微观理论,揭示粒子的微观运动与宏观热现象之间的深刻联系。揭示宏观热现象的微观本质。分子运动的基本观点:1.宏观物体由大量粒子(分子、原子等)组成。2.分子在永不停息地作无序热运动。(布朗运动)不同结构的分子其尺度不一样。例如标准状态氧分子直径阿伏伽德罗常数1mol物质含有的分子个数。

分子有单原子分子、双原子分子、多原子分子和千万个原子构成的高分子。3.分子间存在相互作用力。分子力与分子间距离的关系f(r)r0~10-9mr/mo合力引力斥力当时,

当r<r0

时,分子力主要表现为斥力；当r>r0

时,分子力主要表现为引力。r0—平衡位置

一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。三、气体分子运动的规律2.气体分子间的相互碰撞是非常频繁的。大量分子都在不停地作无规热运动,在常温常压情况下,一个气体分子在1s的时间里大约经历10亿次碰撞,每个分子的运动状态都有一定的偶然性。1.气体中分子间的距离相对较大，分子之间、分子与器壁之间产生瞬间碰撞，分子在两次碰撞之间的运动可以看作是在惯性支配下的自由运动。分子运动是无序的。

通过对大量分子运动状态的观察，发现有一定的规律性。例如，在平衡态时，容器内各处的温度、密度和压强都是均匀分布。这表明，在大量的偶然、无序的分子运动中包含一种规律性，称为统计规律性。四、气体分子热运动满足的统计规律

1.在忽略重力和其他外力作用的条件下，每一个分子在容器中任意位置出现的概率是相等的。3.速度分量vx、v

y、vz平方的平均平衡状态时，气体分子沿各方向运动的概率相等，则2.分子速度分量的统计平均值气体在平衡状态时，分子沿各方向运动的概率相等，故1.分子线度与分子间距相比较可忽略,分子被看做质点。2.由于分子力的作用距离很短，可以认为气体分子之间除了分子碰撞的瞬间外,其相互作用力可忽略不计。3.气体分子在运动中遵守经典力学规律，假设碰撞为弹性碰撞。

按照这三条假设，可以把理想气体看成一个质点系，这些看成质点的理想气体分子除了碰撞的瞬间外,都在做自由的惯性运动。也就是说，理想气体分子好像是一个没有大小，并且除碰撞的瞬间外没有相互作用的弹性球。一、理想气体的微观模型7.2理想气体的压强二、理想气体的压强公式容器器壁单位面积上所受的正压力。压强

P宏观量

微观上看，气体作无规热运动，气体的压强等于大量分子在单位时间内施加在单位面积器壁上的平均冲量。如何求得F?如何求得

?为了讨论方便，我们把N个分子分为若干组，每组分子具有相同的速度。设第i组分子的速度为：第i

组分子的分子数密度为：一定质量的处于平衡态的某种理想气体，被封闭在体积为V的任意形状的容器中，气体分子的质量为

，容器内分子总数为N，分子数密度为。任意一个分子速度：第i组分子的分子数为∆Nix设器壁上面积元dA法向为x轴,速度为的分子碰撞器壁一次所受的冲量等于它的动量的增量：由牛顿第三定律，受分子碰撞一次,器壁所受的冲量：在dt时间内与dA碰撞的分子数（即斜柱体内的分子）：这些分子在dt时间内对dA的总冲量为：所有分子在dt时间内对dA的总冲量为：气体对器壁的宏观压强为：则定义:分子平均平动动能3.显示了宏观量与微观量的关系，是力学原理与统计方法相结合得出的统计规律。2.压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果。讨论

统计关系式宏观可测量量微观量的统计平均值1.气体对容器器壁的压强正比于气体的分子数密度n和气体分子的平均平动动能。例1

体积V=10-3m3的容器中贮有理想气体，其分子总数N=1023，每个分子