大学物理 课件 第8章 气体动理论

授课教师XXX第八章气体动理论第一节平衡态理想气体物态方程第二节理想气体压强温度第三节能量均分定理理想气体内能第八章气体动理论8.1平衡态理想气体物态方程理解气体状态参量和平衡态的概念和含义。掌握理想气体物态方程，学会用理想气体物态方程求解气体状态变化问题。了解理想气体物态方程在工程中的应用。学

习

要

求情境与问题火箭推动器如何工作呢？一、气体的状态参量

研究对象

热运动:

构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规则运动.

热现象:与温度有关的物理性质的变化.研究对象特征

单个分子:无序、具有偶然性、遵循力学规律.整体(大量分子):服从统计规律.一、气体的状态参量

宏观量:表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量)，如p，V，T

等.

微观量:

描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测量)，如分子的m

，等.宏观量微观量统计平均

研究方法1

热力学——宏观描述2

气体动理论——微观描述一、气体的状态参量

3、温度（T）：是物体冷热程度的数值表示。SI单位是开尔文，

符号K

.状态参量：描述系统宏观性质（热学、力学、化学、电磁等）的宏观量。气体的状态参量：

热力学温度与摄氏温度换算：二、平衡态热力学状态平衡态非平衡态

一定量的气体，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态.

平衡态真空膨胀二、平衡态PV0

状态图（P-V）

一定量的气体，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性质不随时间变化的.平衡态的特点(1)单一性(p，T

处处相等)；(2)物态的稳定性——与时间无关；(3)自发过程的终点；(4)热动平衡(有别于力平衡).三、理想气体物态方程

物态方程:理想气体平衡态宏观参量间的函数关系.理想气体宏观定义:遵守三个实验定律的气体.对一定质量的同种气体理想气体物态方程一三、理想气体物态方程

m

系统总质量，摩尔质量，单个分子n=N/V，为气体分子数密度.理想气体物态方程二

知识拓展理想气体状态方程在工业测量中应用1.通过测量气体的体积、温度和压强，可以利用理想气体的状态方程计算出气体的其他参数，这在工业生产中的较为常见。2.利用理想气体物态方程还可以检测成品型容器的密封性，例如香水瓶和草坪灯。3.

气体流量的精确测量、泄漏检测的高效定位、气体充填的精确控制、环境监测的准确分析、发动机性能的严格测试、气体存储与运输的安全监控，以及化学反应过程的精细调控等方面都有应用。1.气体的状态参量：体积、压强、温度2.平衡态：在没有外界影响的条件下，热力学系统的状态参量p、V、T不变的状态。

感谢【查阅资料】通过查阅资料，了解测量气体体积和温度的方法。第八章气体动理论第一节平衡态理想气体物态方程第二节理想气体压强温度第三节能量均分定理理想气体内能第八章气体动理论8.2理想气体压强温度理解理想气体的模型。理解理想气体压强和温度公式的推导。了解理想气体的压强和温度在工程中的应用。学

习

要

求情境与问题煤气罐为什么会引起爆炸事故呢？应如何预防呢？1.2.3.4.一、理想气体的模型

（2）除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；一、理想气体的微观模型

（4）分子的运动遵从经典力学的规律.

（3）弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞；1.2.3.4.二、理想气体的压强

设边长分别为x、y

及z的长方体中有N

个全同的质量为m

的气体分子，计算

壁面所受压强.二、理想气体的压强2.热动平衡的统计规律（平衡态）（1）分子按位置的分布是均匀的.

大量分子碰撞的总效果：恒定的、持续的力的作用.

单个分子碰撞特性：偶然性、不连续性.（2）分子各方向运动概率均等.各方向运动概率均等分子运动速度二、理想气体的压强

方向速度平方的平均值2.3.4.分子施于器壁的冲量:x方向动量变化:

单个分子遵循力学规律.单个分子单位时间施于器壁的冲量:两次碰撞间隔时间:单位时间碰撞次数:二、理想气体的压强1.2.3.

单位时间N

个粒子对器壁总冲量:

大量分子总效应器壁

所受平均冲力:气体压强统计规律分子平均平动动能气体压强公式二、理想气体的压强3.

统计关系式宏观可测量量微观量的统计平均值二、理想气体的压强分子平均平动动能：

宏观可测量量微观量的统计平均理想气体压强公式理想气体物态方程2.3.4.温度T

的物理意义

（3）在同一温度下各种气体分子平均平动动能均相等.

（1）温度是分子平均平动动能的量度.

（2）温度是大量分子的集体表现.三、理想气体的温度2.3.4.

热运动与宏观运动的区别：温度所反映的是分子的无规则运动，它和物体的整体运动无关，物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现.注意例:求

27℃时某种气体分子的平均平动动能

知识拓展气体的压强的应用1.压力容器通常由金属制成，具有高强度和密封性，用于储存和运输气体。这些容器中的压强可以通过压力表进行测量和监控，确保容器的运行安全。2.液化气体，如家庭使用的液化石油气是经过压缩和冷却后转化得到的，具有高能量密度，便于储存运输，广泛应用于家庭、工业和能源等领域其压强需要通过储罐和配套设备进行测量和控制，以确保安全使用。3.在生产过程中，通过控制理想气体的压强和温度，可有效管理气体的灌装和输送，确保其安全性和效率。4.汽车轮胎的充气时，控制气体的压强和温度对于确保轮胎的合适充气量、行驶安全和车辆性能至关重要。知识拓展液化气罐的安全使用液化气罐爆炸事故屡见不鲜。事故调查分析显示，大部分事故都是因为液化气泄漏而引起的燃爆事故。1.液化气钢瓶应直立使用，避免受猛烈震动，不能在阳光下暴晒，钢瓶上不可放置物品；2.使用后，应及时关闭灶具开关和液化气阀门。一旦发现漏气，要立即关闭液化气阀门，并迅速打开门窗进行通风，降低室内液化气浓度；3.严禁一切火种进入室内，不要开启或关闭任何电源开关，以免产生火花引起火灾或爆炸；4.迅速撤离到安全地带，并拨打燃气公司或消防部门的电话报警；1.理想气体的模型：

分子本身的大小与分子间平均距离相比，可以忽略不计；分子间对相互作用力可以忽略不计；分子之间的碰撞和分子与器壁间的碰撞可以看做完全弹性碰撞。

感谢【查阅资料】通过查阅资料，了解气体压强的应用。第八章气体动理论第一节平衡态理想气体物态方程第二节理想气体压强温度第三节能量均分定理理想气体内能第八章气体动理论8.3能量均分定理理想气体内能理解自由度和能量均分定理的概念。掌握理想气体的内能，学会计算理想气体的内能。了解理想气体的内能在工程中的应用学

习

要

求情境与问题二氧化碳灭火器的工作原理1.2.3.4.一、自由度一、气体分子的自由度（Degreeoffreedom）自由度：确定物体空间位置所需要的独立坐标的数目。平动自由度

t转动自由度r

振动自由度s分子自由度：确定分子在空间位置所需要的独立坐标的数目。1、单原子分子的自由度(如He)3个平动自由度，用i=t=3

表示。总自由度i=t+r+s2.3.4.2、刚性双原子分子的自由度(如H2)质心平动自由度：t=3两原子连线定位：所以只有两个独立坐标，称为转动自由度，表示为r=2。刚性双原子分子总自由度数：i=t+r=3+2=5一、自由度1.4.3、刚性三原子分子的自由度(如H2O)i=3+3=63个平动自由度，3个转动自由度，4、刚性多原子（三个以上）组成的分子的总自由度数同刚性三原子分子注：在本章中我们只讨论刚性分子,即不讨论振动自由度.一、自由度1.2.3.4.刚性分子的自由度i单原子分子双原子分子多原子分子一、自由度自由度转动平动单原子分子303双原子分子523三原子(多原子)分子6332.3.4.1、推导即分子在每一个自由度上均分能量为自由度分子能量中独立的速度二次方项数目叫做分子能量自由度的数目,二、能量均分定理1.2.4.为什么均分到各自由度所对应的运动能量都是kT/2呢？主要是分子不断碰撞以达到平衡态的结果。分子的平均总动能气体处于平衡态时，分子任何一个自由度的平均能量都相等，均为2、能量均分原理二、能量均分定理1、内能气体分子各种形式能量的总和。2、理想气体的内能表达式理想气体的内能是所有分子的动能之和。刚性分子,不考虑分子间相互作用一摩尔理想气体的内能三、理想气体内能1摩尔不同气体分子的内能：单原子分子气体，双原子刚性分子气体，多原子刚性分子气体，m’千克理想气体的内能：（物质的量）结论：内能是温度的单值函数。当温度改变

时，内能改变三、理想气体内能

知识拓展气体动理论的应用1.真空输运、吸引及起吊设备，都是利用真空与大气空间存在压力差所产生的力来做功的。2.这些真空设备大多用在吸鱼