第7章分子动理论.ppt

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第二篇热学
前言
第7章气体动理论基础
第8章热力学基础
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引言
热现象的性质及其变化规律
Mayer
Joule
Helmholtz
Kelvin
Clausius
Karnot
Maxwell
Boltzmann
Gibbs
Dirac
Einstein
Fermi
热力学
(Thermodynamics)
统计物理
(Statistical Physics)
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热学篇是分别从分子结构和能量的观点来研究热现象的。前者是气体动理论(统计物理)的内容;后者是热力学的内容。
引言
气体动理论研究热现象的微观实质,根据物质的分子结构建立起各宏观量与微观量之间的关系。
热力学是以观察和实验为依据,从能量的观点来说明热、功等基本概念,以及他们之间相互转换的关系和条件。
为便于讨论,先说明如下几点:
1、热运动和热现象
热运动:指宏观物体内部诸微观粒子(分子、原子、离子)
的永不停息的无规则的运动。
热现象:指与物体的冷、热变化相关的物性变化及物态变
化等现象。
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2、微观量和宏观量
微观量:与每个分子自身相关的质量、动量、体积、能量
等物理量。
宏观量:在实验中能直接测量的描述热现象的宏观性质的
物理量,例如:压强、密度、温度、内能等。
3、热学研究的两种方法
热力学: 经验规律加逻辑推理的方法。
气体动理论: 统计的方法。
两者相辅相成!!!
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第7章气体动理论基础
§7-1 平衡态温度状态方程
§7-2 理想气体压强公式
§7-3 温度的统计解释
§7-4 能量均分原理内能
§7-5 麦克斯韦速率分布律
§7-6 玻尔兹曼分布律
§7-7 平均碰撞次数平均自由程
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§7-1 平衡态温度状态方程
一、热力学系统平衡态
1、热力学系统
★热力学系统分类
根据系统与外界交换能量或物质的特点,可以分为三种:
(1) 孤立系统--与外界既无能量交换,又无物质交换的系统
(2) 封闭系统--与外界只有能量交换,但无物质交换的系统
(3) 开放系统--与外界既有能量交换,又有物质交换的系统
由大量微观粒子(分子、原子等微观粒子)所组成的宏观物体或系统.
2、平衡态-Equilibrium state
指在不受外界影响的条件下,系统的宏观性质不随时间变化的状态。称热平衡态
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系统在热平衡时,系统内任一宏观体元均处于力学平衡、热平衡、相平衡、化学平衡中。——孤立系统的定态为平衡态
※从微观的角度应理解为动态平衡态
※若在我们所讨论的问题中,气体活动的高度空间不是很大,即重力加速度随高度的变化可以忽略,则在达热力学平衡态时,上述宏观量不仅是稳定的(指不随时间变化)还是均匀的(即不随位置变化)。
※平衡态是一种理想概念
※处于热平衡态时,系统的宏观属性具有确定的值。因此可以用一些确定的物理量来表征系统的这些宏观属性。用来描写热平衡态下各种宏观属性的物理量叫系统的宏观参量。
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我们可以从这些宏观参量中,选取不多的相互独立的几个
物理量作为描述系统热平衡态的参量叫系统的状态参量.
主要的宏观参量有:
几何参量,力学参量,热学参量, 化学参量,电磁参量;
体积V,压强P,热力学温度 T,摩尔数v。
微观参量:微观粒子的大小、质量、速度、能量等
气体动理论的任务之一:建立宏观量与微观量统计平均值之间的关系。
二、温度温标
1、温度概念
温度是表征物体冷热程度的宏观状态参量。
温度概念的建立是以热平衡为基础的。
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A
B
A
B
绝热壁
导热壁
A
B
C
A
B
C
如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么,这两个系统彼此也处于热平衡。这个结论称热力学第零定律。
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处在相互热平衡状态的系统必定拥有某一个共同的物理性质。我们把描述系统的这一共同的宏观性质的物理量称为系统的温度。
2、温标温度计
温度计要能定量表示和测量温度,还需要建立温标──即温度的数值表示法。
其一、要选定一种合适物质(称测温质)的测温特性
其二、规定测温质的测温特性与温度的依赖关系(线性)
其三、选定温度的标准点(固定点),并把一定间隔的冷热程度分为若干度。
※主要有三个步骤
温度计:即测温的工具。