高二物理競賽熱運(yùn)動的描述 理想氣體模型和狀態(tài)方程課件

第五章氣體動理論§4-1熱運(yùn)動的描述理想氣體模型和狀態(tài)方程第二篇熱學(xué)(Heat)2引言1、研究對象：熱力學(xué)系統(tǒng)。物質(zhì)分子的熱運(yùn)動。任何物質(zhì)都由大量分子組成，分子之間有一定的間隙；分子處于永不停息的運(yùn)動狀態(tài)；分子間存在相互作用力。

2、研究內(nèi)容：與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和規(guī)律熱現(xiàn)象：物質(zhì)中大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)。

研究方法：1）微觀描述方法——統(tǒng)計物理方法（第五章氣體動理論）從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(氣體分子模型)出發(fā)，用統(tǒng)計的方法，研究熱現(xiàn)象及其規(guī)律的微觀本質(zhì)。用微觀解釋宏觀！2）宏觀描述方法——熱力學(xué)方法（第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)）由實驗確定的基本規(guī)律，研究熱現(xiàn)象的宏觀特性和規(guī)律。對系統(tǒng)進(jìn)行整體描述。實用。僅從宏觀考慮！3引言1、研究對象：熱力學(xué)系統(tǒng)。物質(zhì)分子的熱運(yùn)動。任何物質(zhì)都由大量分子組成，分子之間有一定的間隙；分子處于永不停息的運(yùn)動狀態(tài)；分子間存在相互作用力。

2、研究內(nèi)容：與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和規(guī)律熱現(xiàn)象：物質(zhì)中大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)。

研究方法：1）微觀描述方法——統(tǒng)計物理方法（第五章氣體動理論）從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)(氣體分子模型)出發(fā)，用統(tǒng)計的方法，研究熱現(xiàn)象及其規(guī)律的微觀本質(zhì)。用微觀解釋宏觀！2）宏觀描述方法——熱力學(xué)方法（第六章熱力學(xué)基礎(chǔ)）由實驗確定的基本規(guī)律，研究熱現(xiàn)象的宏觀特性和規(guī)律。對系統(tǒng)進(jìn)行整體描述。實用。僅從宏觀考慮！平衡態(tài)統(tǒng)計物理學(xué)：一個基本假設(shè)：等概率原理一個基本觀點：統(tǒng)計平均一個基本方法：統(tǒng)計方法45.氣體動理論5.1熱運(yùn)動的描述理想氣體模型和狀態(tài)方程5.2分子熱運(yùn)動和統(tǒng)計規(guī)律5.3氣體動理論的壓強(qiáng)和溫度公式5.4能量均分定理理想氣體的內(nèi)能5.5麥克斯韋速率分布律5.6*麥克斯韋-玻爾茲曼能量分布律

重力場中粒子按高度的分布5.7分子碰撞和平均自由程5.8*氣體的輸運(yùn)現(xiàn)象5.9真實氣體范德瓦耳斯方程Kinetic

TheoryofGases

狀態(tài)參量平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過程理想氣體的狀態(tài)方程氣體分子運(yùn)動論結(jié)合統(tǒng)計方法給宏觀熱學(xué)規(guī)律以微觀的可靠解釋，這種宏觀物理次序用組成體系的微觀粒子的運(yùn)動進(jìn)行解釋，是二十世紀(jì)物理學(xué)進(jìn)展的典型例子，說明人類對自然界的認(rèn)識從宏觀深入到微觀，進(jìn)入到一個全新的物質(zhì)結(jié)構(gòu)層次。5氣體的狀態(tài)參量

（宏觀量）狀態(tài)參量：描述狀態(tài)的變量。體積（V）：氣體分子所能達(dá)到的空間。[m3]壓強(qiáng)（p）：氣體作用在容器壁單位面積上的指向容器壁的垂直作用力，大量氣體分子對容器壁碰撞的宏觀表現(xiàn)。[Pa]1Pa=1N/m2;1atm(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)=101,325Pa溫度（T、t）：物體的冷熱程度(直觀意義)，

反映物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動劇烈程度(微觀實質(zhì))。[K：熱力學(xué)溫標(biāo)、℃：攝氏溫標(biāo)]

T=t+273.15

6氣體的狀態(tài)熱力學(xué)（動）平衡狀態(tài)：氣體處于熱平衡、力學(xué)平衡、化學(xué)平衡狀態(tài)。其狀態(tài)參量：（p

、V、T）平衡態(tài)：不受外界影響的條件下（與外界無任何形式的物質(zhì)與能量交換），系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)(p、V、T)不隨時間變化的狀態(tài)。

理想狀態(tài)；微觀：動態(tài)平衡，宏觀：值不變。(與力學(xué)平衡截然不同)平衡過程：氣體從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)時，所有中間狀態(tài)都無限接近平衡態(tài)的過程。7理想氣體理想氣體：無條件地服從下面3個定律的氣體。（理想模型）玻意耳定律：定質(zhì)量、定溫度的氣體，其任一狀態(tài)的壓強(qiáng)與體積的乘積為常量。

（等溫）查理定律：體積不變時，一定質(zhì)量氣體的壓強(qiáng)跟熱力學(xué)溫度成正比。（等容）蓋·呂薩克定律：壓強(qiáng)不變時，一定質(zhì)量氣體的體積跟熱力學(xué)溫度成正比。（等壓）理想氣體成立條件：壓強(qiáng)不太高（與大氣壓比）、溫度不太低（與室溫比）8理想氣體的狀態(tài)方程：摩爾氣體常量：氣體質(zhì)量：氣體摩爾質(zhì)量理想氣體的狀態(tài)方程：反映理想氣體在任一平衡態(tài)下p、V、T

之間的關(guān)系式。pV等壓等容等溫9例題5-1某種柴油機(jī)的氣缸容積為0.82710-3m3。設(shè)壓縮前其中空氣的溫度470C，壓強(qiáng)為8.5104Pa。當(dāng)活塞急劇上升時可把空氣壓縮到原體積的1/17，使壓強(qiáng)增加到4.2106Pa，求：這時空氣的溫度。（假設(shè)空氣可看作理想氣體。）如把柴油噴入氣缸，將會發(fā)生怎樣的情況？解：只需考慮空氣的初、末狀態(tài)，且把空氣作為理想氣體已知p1=8.5104Pa,p2=4.2106Pa,T1=273+47=320K,已超過柴油的燃點，所以柴油噴入氣缸時就會立即燃燒，發(fā)生爆炸推動活塞作功。10例題5-2容器內(nèi)裝有氧氣，質(zhì)量為0.10kg，壓強(qiáng)為10105Pa

，溫度為470C。因為容器漏氣，經(jīng)過若干時間后，壓強(qiáng)降到原來的5/8，溫度降到270C。問：（1）容器的容積有多大？（2）漏去了多少氧氣？解：（1）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：11例題5-2容器內(nèi)裝有氧氣，質(zhì)量為0.10kg，壓強(qiáng)為10105Pa

，溫度為470C。因為容器漏氣，經(jīng)過若干時間后，壓強(qiáng)降到原來的5/8，溫度降到270C。