能均分定理理想气体的热力学能.ppt
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1、4.2 能均分定理 理想气体的热力学能,4.2.1 自由度,确定一物体在空间的位置所需的独立坐标数目,自由度:,研究热运动能量时,不能将分子看作一个质点,而看作有一定大小和内部结构的。这样分子的动能就有平动动能、转动动能、振动动能。,一个自由运动质点的自由度3,一个自由运动刚体的自由度6,从结构上将分子分为:,单原子,双原子,多原子,3,5,6,说明,分子的自由度不仅取决于其内部结构,还取决于温度。实际上,双原子、多原子气体分子并不完全是刚性的,还有振动自由度, 但分子间的振动只在高温时才显著。,4.2.2 能量按自由度均分定理,每个分子平均平动动能为,由此可以认为气体分子的平均平动动能是平均
2、分配在每一个平动自由度上的。,说明,(1) 能量按自由度均分是大量分子统计平均的结果,是分子 间的频繁碰撞而致。,(2)气体分子的平均总动能,气体分子的平均总能量,气体分子的平均总动能=气体分子的平均总能量,对于刚性分子,4.3.3 理想气体的内能,气体中所有分子的平动,转动,振动动能和振动势能。,每个气体分子的平均总能量,1mol 理想气体的内能为,mol理想气体的内能为,一定质量的理想气体内能只是温度的函数,与热力学温度成正比。,4.3.4 气体的摩尔热容,理想气体的定体摩尔热容为,理想气体的定压摩尔热容为,比热容比为,1mol 理想气体的内能变化为,mol 理想气体的内能变化为,单原子分子气体,双原子分子气体,多原子分子气体,所涉及的温度范围内,气体的 都近似为常量(数),单原子,双原子,多原子,说明,自由度 “冻结”,一容器内某理想气体的温度为273K,密度为= 1.25 g/m3, 压强为 p = 1.010-3 atm,(1) 气体的摩尔质量,是何种气体? (2) 气体分子的平均平动动能和平均转动动能? (3) 单位体积内气体分子的总平动动能? (4) 设该气体有0.3 mol,气体的内能?,解,例,求,由结果可知,这是N2 或CO 气体。,(1) 由 ,有,(2) 平均平动动能和平均转动动能为,(3) 单位体积内气体分子的总平动动能为,(4) 由气体的内能公式,有,
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