理想氣體狀態(tài)方程市公開課一等獎百校聯(lián)賽特等獎?wù)n件

熱學(xué)1第1頁目錄概述第1章理想氣體狀態(tài)方程第2章分子動理論第3章熱力學(xué)第一定律第4章熱力學(xué)第二定律2第2頁概述一、熱學(xué)研究對象冷熱---溫度與溫度相關(guān)物理規(guī)律熱學(xué)意義：1)大量存在2)能量轉(zhuǎn)化對象特征：大量無規(guī)運(yùn)動粒子組成超人與宇宙同時出生(150億年前)每秒數(shù)10個分子數(shù)到現(xiàn)在才數(shù)了3第3頁地球上全部大氣約有1044個分子一個人每次呼吸氣體大約是1022個分子比值靠近1個摩爾數(shù)值有什么關(guān)系嗎？4第4頁二、研究熱現(xiàn)象兩大分支1.熱力學(xué)宏觀試驗(yàn)?zāi)芰靠煽?.統(tǒng)計物理微觀理論模型相輔相成、相互補(bǔ)充普物任務(wù)開門、見識物理綠洲經(jīng)典粒子量子粒子牛頓力學(xué)規(guī)律量子力學(xué)規(guī)律先經(jīng)典、后量子概念、方法相通5第5頁統(tǒng)計物理基本思想宏觀上一些物理量是組成系統(tǒng)大量分子進(jìn)行無規(guī)運(yùn)動一些微觀量統(tǒng)計平均值

宏觀量實(shí)測物理量如PTE等

微觀量組成系統(tǒng)粒子(分子、原子、或其它)質(zhì)量、動量、能量等等無法直接測量量第一氣體分子系統(tǒng)統(tǒng)計分布6第6頁處理問題普通思緒從單個粒子行為出發(fā)大量粒子行為---統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計方法模式：假設(shè)結(jié)論驗(yàn)證修正理論比如：微觀認(rèn)為宏觀量P是大量粒子碰壁平均作用力先看一個碰一次再看集體7第7頁統(tǒng)計方法：一個粒子屢次行為多個粒子一次行為結(jié)果相同如：擲硬幣看正反面出現(xiàn)百分比百分比靠近1/2統(tǒng)計規(guī)律性：大量隨機(jī)事件從整體上表現(xiàn)出來規(guī)律性量必須很大(魔術(shù)師)統(tǒng)計規(guī)律性含有漲落性質(zhì)(伽耳頓板演示）8第8頁分布曲線飛鏢9第9頁xxΔ小球落入其中一.......................................................................................................................................分布服從統(tǒng)計規(guī)律大量小球在空間格是一個偶然事件

小球數(shù)按空間位置x分布曲線伽耳頓板演示10第10頁11第11頁什么叫統(tǒng)計規(guī)律？在一定宏觀條件下大量偶然事件在整體上表現(xiàn)出確定規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律必定伴伴隨漲落什么叫漲落？對統(tǒng)計規(guī)律偏離現(xiàn)象漲落有時大有時小有時正有時負(fù)比如：伽耳頓板試驗(yàn)中某坐標(biāo)x附近Δx區(qū)間內(nèi)分子數(shù)為ΔN漲落幅度：12第12頁漲落百分比：如漲落幅度漲落百分比什么概念呢？某次測量落在這個區(qū)間分子數(shù)是：13第13頁假如在這個區(qū)間分子數(shù)是：漲落幅度和漲落百分比結(jié)論：分子數(shù)愈多漲落百分比愈小漲落實(shí)例：微電流測量時電流漲落電子器件中“熱噪聲”14第14頁第二熱力學(xué)基礎(chǔ)從試驗(yàn)歸納總結(jié)定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)定律地位：相當(dāng)于力學(xué)中牛頓定律---能量轉(zhuǎn)化---過程方向性15第15頁三、本課程中研究對象理想特征1.對象理想氣體宏觀定義：嚴(yán)格恪守氣體三定律實(shí)際氣體理想化：P不太高T不太低微觀上也有定義理論框架主體是理想氣體1)在理想氣體理論基礎(chǔ)上加以修正2)經(jīng)驗(yàn)若高壓低溫？16第16頁2.狀態(tài)平衡態(tài)定義：在不受外界影響條件下對一個孤立系統(tǒng)經(jīng)過足夠長時間后系統(tǒng)到達(dá)一個宏觀性質(zhì)不隨時間改變狀態(tài)用一組宏觀量描述某時狀態(tài)非平衡態(tài)17第17頁實(shí)際上處理：1)是否可看作平衡態(tài)？足夠長2)實(shí)在不行---分小塊3)遠(yuǎn)離平衡態(tài)--非線性耗散結(jié)構(gòu)本課主體：平衡態(tài)介紹：遠(yuǎn)離平衡態(tài)注意區(qū)分平衡態(tài)和穩(wěn)定態(tài)恒高溫恒低溫18第18頁每一時刻系統(tǒng)都處于平衡態(tài)實(shí)際過程理想化---無限遲緩(準(zhǔn))“無限遲緩”：系統(tǒng)改變過程時間>>馳豫時間例1氣體準(zhǔn)靜態(tài)壓縮過程時間~1秒3.過程準(zhǔn)靜態(tài)過程馳豫時間<19第19頁例2準(zhǔn)靜態(tài)傳熱熱庫非靜態(tài)過程熱庫熱庫準(zhǔn)靜態(tài)過程每一微小過程均是平衡過程20第20頁實(shí)際過程太快速了怎么辦？

1)修正原理論2)更普遍理論或經(jīng)驗(yàn)本課介紹

氣體分子動理論平衡態(tài)下理想氣體狀態(tài)量與微觀量關(guān)系熱力學(xué)基礎(chǔ)試驗(yàn)總結(jié)---必定包括過程結(jié)論是普適（對象過程不限）

但詳細(xì)理論計算必是理氣、準(zhǔn)靜態(tài)過程21第21頁

經(jīng)過本課程：明確理論建立過程

理論指導(dǎo)作用22第22頁第1章理想氣體狀態(tài)方程一、幾個基本概念1.溫度處于熱平衡系統(tǒng)所含有共同宏觀性質(zhì)2.熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律)試驗(yàn)表明：若A與C熱平衡B與C熱平衡則A與B熱平衡意義：互為熱平衡物體必定存在一個相同特征---它們溫度相同23第23頁二、理想氣體狀態(tài)方程M--質(zhì)量--mol

質(zhì)量V--理氣活動空間R--普適氣體恒量第零定律不但給出了溫度概念而且指出了判別溫度是否相同方法24第24頁慣用形式系統(tǒng)內(nèi)有N個分子每個分子質(zhì)量m慣用形式25第25頁分子數(shù)密度玻耳茲曼常數(shù)理想氣體狀態(tài)方程26第26頁熱力學(xué)系統(tǒng)由大量粒子組成1)標(biāo)況十億億億27第27頁2)高真空十億大量、無規(guī)統(tǒng)計方法數(shù)學(xué)基礎(chǔ)---概率論28第2