1、大学物理 -本科生系列课程主讲 : 赵顺才第第 10章章 气体动理论气体动理论Dr. Shun-cai Zhao K M U S T第三篇 气体动理论和热力学基础前 言气体动理论 :物质结构的分子学说基础上 ,为说明人们熟知气体的物理性 质、和气态现象而发展起来。例如：理想气体定律，微小悬浮粒子的布朗运动，流动气体的黏 性，热的传导和比热，物体热胀冷缩， 固、液、气的三态 互变等热现象。研究对象 ：分子的热运动特 点： 无序性 ，统计性 无序性：单个分子受其他分子的复杂的作用，运动情况瞬息 万变、杂乱无章 ;具有偶然性 统计性：大量分子集体表现出一定的规律性Dr. Shun-cai Zhao
2、K M U S T微观量 :表征 个别分子 特征的量 ,如分子直径 d 、质量 m、速度 v 、能量 E 等宏观量 : 表征 大量分子集体 特征的量，如温度 T 、压强 p、体积 V 等 .统计平均 : 对个别分子运用力学规律，然后对大量分子求它们的微观量的 统计平均值，建立微观量的 统计平均值 和 宏观量 之间的关系。研究方法 :从物质的微观结构出发，运用统计平均方法说明物质宏观现 象的物理本质。Dr. Shun-cai Zhao K M U S T一、内容提要 (详细 )气体动理论处于平衡态的气体气体的内迁移现象统计规律V， T， P状态参量化学参量力学参量几何参量电磁参量真实气体 范德瓦
3、尔斯方程理想气体状态方程压强公式温度公式能量均分定理麦克斯韦速率分布律玻尔兹曼分布律平均自由程和平均碰撞次数黏滞现象热传导现象扩散现象粘度系数气态液态 固态导热系数扩散系数算术平均速率高度分布方均根速率最概然速率物态和相变高度公式：Dr. Shun-cai Zhao K M U S T一、内容提要二、基本要求1.能从微观和统计的角度理解压强、温度、内能等物理含义2.能用能量均分定理计算理想气体的内能3.能用理想气体的状态方程解决问题理想气体状态参量能量速率分布状态方程压强公式能量按自由度均分定理麦克斯韦速率分布玻尔兹曼分布真实气体Dr. Shun-cai Zhao K M U S T10.1
4、热力学第零定律一、温度的概念描述物体冷热程度的物理量 .二、热接触物体在不发生物质交换和力的相互作用情况下实现传热 ,如直接接触、热辐射等方式。三、热平衡物体通过热接触实现宏观性质不随时间变化，从而达到一个共同的平衡状态，称物体间的热平衡。四、热力学第零定律在无外界影响的条件下，如果两物体 各自 与第三物体达到热平衡，则此二物体也处于热平衡。Dr. Shun-cai Zhao K M U S T一 . 气体的状态参量 摄氏温标 温度用 t 表示，单位为摄氏度 ( ） 热力学温标 温度用 T 表示，单位为开尔文（ K）热力学温度与摄氏温度的关系为 :(物体温度的数值与所用温标有关 )T / K
5、= t / + 273.151、状态参量 描述状态的参量气体的的状态参量：（ 1） 气体所占的体积 V；（ 2）压强 P 1 atm= 101325 Pa（ 3）温度 T或 t; t /C= T /K 273.1510.2 气体的状态参量 理想气体状态方程 平衡状态常用的温标有：温标 : 温度的数值表示法。建立温标三要素：测温物质、测温属性和固定标点；不同测温物质的测温属性随温度变化不一致。标准大气压下，冰水混合物的平衡温度为 0 C，水的沸点为 100 C；按照测温物质随温度的线性性质刻度二者之间的温度值。Dr. Shun-cai Zhao K M U S T二 . 理想气体状态方程 理想气
6、体温标压强不太大、温度不太低时气体实验三定律：对于一定质量的气体 玻意耳定律 当 T 一定时， p V = 常量 盖 -吕萨克定律 当 p 一定时， V/T = 常量 查理定律 当 V 一定时， p/T = 常量在这种极限情况下的气体，称 理想气体 。2.在 较高的温度 、 较低的压强 下，实际气体可视为理想气体。（ 气体的体膨胀系数， 为气体 0 体积）（ 气体的压强系数， 为气体 0 体积）注意：1.在气体无限稀薄的极限条件下，所有气体的 体膨胀系数 和 压强系数 相等Dr. Shun-cai Zhao K M U S T三 . 理想气体温标绝对零度： 由上式可以知，当 时，理想气体的压强
7、和体积趋于 0，温度 是可能达到的最低温度极限，称 绝对零度。理想气体温标： 以绝对零度为零点，以冰水和水蒸气三相平衡共存的温度规定为固定 标准点温度 .标准状况 : 气体压强 p0 = 1.013105 Pa， 温度 T0 = 273.15 K，1 mol气体的体积 Vmol=22.410-3 m3四 . 理想气体状态方程 (克拉玻珑方程 )：摩尔气体常量M:气体的摩尔质量 ;等于以 g为单位时的分子量m:气体质量:气体的物质的量Dr. Shun-cai Zhao K M U S T平衡状态的气体 各部分 压强 、 温度 相同。对于一定质量的气体，可以用一组状态参量 ( p,V,T)值表示，即为 p V 图上一个确定的点。Vp a(p1,V1,T1)b(p2,V2,T2)平衡状态平衡状态准静态过程五 . 平衡状态 准静态过程平衡状态： 在没有外界影响的条件下，系统状态参量长时间内不发生变化的状态，即 “ 孤立系统热动平衡 ” 状态 ;准静态过程： 如果过程进行的很缓慢，使所准静态过程可以用 p V 图上的连续曲线表示。经历的一系列中间状态都无限的接近 平衡状态，该过程就叫 。例如： 活塞推进过程
