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气体动理论
教学要求
1、基本概念:平衡态、理想气体、压强、温度、自由度、内能、分布函数
2、基本规律:理想气体状态方程、压强解释、温度解释、能量均分定理、速率分布。
3、基本能力:能利用气体状态方程做简单计算;能运用统计规律建立微观量与宏观量的关系。
4、教学重点:压强公式,温度公式、理想内能公式
5、教学难点:能量均分定理、速率分布函数
6、教学学时:4学时
热物理学:研究自然界中物质与冷热有关的性质及这些性质变化的规律。
统计物理学:是研究物质热运动的微观理论,它从分子结构和分子运动出发,应用力学规律和统计方法,研究大量分子热运动之集体效应,从微观本质上揭示物质热运动的本质。
热力学:从宏观的角度去研究物质的热运动。它以观察和实验为基础,通过逻辑推理和演绎方法,得出物质宏观性质的各种规律,以及宏观物理过程进行的方向和限度等。
第三部分热学
热运动:组成物质的分子或粒子都在作永不停息的无规则运动。
统计物理学和热力学在对热运动的研究中起到相辅相成的作用,统计物理学理论要通过热力学总结的宏观规律得到验证,而热力学理论又要通过统计物理学的剖析才能了解其微观本质。
§1 热力学系统温度原子说
一、热力学系统
1、系统与外界
(1)热力学系统:我们感官所察觉的物体。(研究对象)
外界:系统外的物体。
(2)系统与外界的关系
孤立系统:无能量和物质交换;
封闭系统:无物质交换有能量交换;
开放系统:有物质交换也有能量交换。
2、热力学系统的宏观描述
宏观物理量:
表征系统状态和属性的物理量:化学组成、体积、压强、温度、内能等
1、定义
不受外界影响的条件下,系统宏观性质不随时间变化的状态即为平衡态。
二、平衡态
2、理解
平衡态不是稳定态。(稳定态:在适当条件下,系统宏观性质稳定不变。)
平衡态是热动平衡。(统计平均效果不变)
平衡态是孤立系统的平衡态。
3、状态参量
定义:一组可以独立改变、并足以确定热力学系统平衡态的宏观量。
一般系统用几何参量、力学参量、化学参量、电磁参量来描述。
气体系统:几何参量V、力学参量p,化学参量:组分
§1 热力学系统温度原子说
热力学参量:温度
1、温度: 热学特有的表征系统冷热程度的状态参量。
冷热程度的直观感受不能代替科学的定义
三、热力学第零定律温度
2、热平衡
两个热力学系统原来各处在平衡态,现在使这两系统相互接触,使它们之间能发生传热(热接触),经过相当长时间后,两个系统达到一个共同的平衡态,即两系统达到热平衡。
3、热力学第零定律
热平衡时,两系统冷热程度相同,科学上定义此时它们的温度相同。
设有三热力学系统A、B、C,若A与B达到热平衡,同时A和C达到热平衡,则B和C一定也达到热平衡。
温度是决定一系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质,它的特征就在于一切互为热平衡的系统具有相同的温度。
热力学第零定律为建立温度概念提供了实验基础。
温度反映了系统内部热运动状态。
§1 热力学系统温度原子说
4、温度的测量
选择合适的系统作为测温物质,与特定系统,在特定的“标准”状态下,达到热平衡来进行定标,从而制成温度计。
5、温标
温度的数值表示法。
(1)摄氏温标
理想气体:在各种压强下都严格遵守波意耳定律的气体。
(2)理想气体温标
标准定温点:水、冰、水汽共存而达到平衡态时系统的温度为水的三相点温度。
(3)热力学温标:不依赖任何物质的特性的温标。
热力学温标在理想气体温标有效范围内与之完全一致。
理想气体状态方程:
§1 热力学系统温度原子说
四、原子假设
宏观物质(系统)是由大量微粒——分子(或原子)组成的

扫描探针显微镜不但能观察到分子而且能控制分子的运动。
高分辨率的电子显微镜已能观察到某些晶体的横截面内部原子结构的图象
利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成IBM字母的照片.

分子数密度(n):单位体积内的分子数目.
在均匀分布情况下:
常温常压下
§1 热力学系统温度原子说
2、物体内的分子在不停地运动着,这种运动是无规则的,其剧烈程度与物体的温度有关。
实验基础:
a、扩散:不同物体相互接触,彼此能够进入对方的现象。说明一切物体的分子都在永不停息的运动着。
b、布朗运动
(1)悬浮在液体或气体中的固体微粒(如花粉、尘埃)永不停息的无规则运动称之为布朗运动,固体微粒称之为布朗微粒。
(2)布朗运动的实质:是液体(或气体)分子运动的宏观表现。
(3)布朗运动的原因
(4)布朗运动剧烈程度的决定因素:
①布朗粒子的大小②液体(或气体)的温度
分子运动剧烈程度与温度有关
1、宏观物质