理想气体状态方程.ppt
1,热 学,2,目 录 概述 第1章 理想气体状态方程 第2章 分子动理论 第3章 热力学第一定律 第4章 热力学第二定律,3,概 述,一、热学的研究对象 冷热 - 温度 与温度有关的物理规律 热学的意义：1)大量存在 2)能量转化,对象的特征：大量无规运动的粒子组成,超人,与宇宙同时出生,(150亿年前),每秒数10个分子,数到现在才数了,4,地球上全部大气约有1044个分子 一个人每次呼吸气体大约是1022个分子 比值接近1个摩尔的数值 有什么关系吗？,5,二、研究热现象的两大分支 1. 热力学 宏观 实验 能量 可靠,2. 统计物理 微观 理论模型,相辅相成、相互补充,普物的任务,开门、见识,物理的绿洲,经典粒子 量子粒子,牛顿力学规律 量子力学规律,先经典、后量子,概念、方法相通,6,统计物理的基本思想 宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子 进行无规运动的一些微观量的统计平均值 宏观量 实测的物理量 如 P T E 等 微观量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、能量等等,无法直接测量的量,第一 气体分子系统的统计分布,7,解决问题的一般思路 从单个粒子的行为出发 大量粒子的行为- 统计规律,统计的方法,模式：假设 结论 验证 修正 理论,例如：微观认为宏观量P 是大量粒子碰壁的平均作用力,先看一个碰一次,再看集体,8,统计方法：,一个粒子的多次行为 多个粒子的一次行为,结果相同,如：掷硬币 看正反面出现的比例 比例接近1/2 统计规律性： 大量随机事件从整体上表现出来的规律性 量必须很大(魔术师) 统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示）,9,分布曲线,飞镖,10,小球落入其中一,分布服从统计规律,大量小球在空间的,格是一个偶然事件,伽耳顿板演示,11,12,什么叫统计规律？ 在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上表现出确定的规律 统计规律必然伴随着涨落 什么叫涨落？ 对统计规律的偏离现象 涨落有时大 有时小 有时正 有时负 例如：伽耳顿板实验中 某坐标x附近x区间 内分子数为N 涨落的幅度：,13,涨落的百分比：,如,什么概念呢？ 某次测量落在这个区间的分子数是：,14,如果在这个区间的分子数是：,涨落幅度 和涨落百分比,结论：分子数愈多 涨落的百分比愈小,涨落实例：微电流测量时电流的涨落 电子器件中的“热噪声”,15,第二 热力学基础,从实验归纳总结,定律,热力学第一定律 热力学第二定律 基础定律,地位： 相当于力学中的牛顿定律,-能量转化 -过程方向性,16,三、 本课程中研究对象的理想特征,1.对象,理想气体,宏观定义： 严格遵守气体三定律 实际气体理想化： P 不太高 T 不太低,微观上也有定义 理论框架主体是 理想气体,1) 在理想气体理论 基础上加以修正,2) 经验,17,2.状态,平衡态,定义： 在不受外界影响的条件下 对一个孤立 系统 经过足够长的时间后 系统达到 一个宏观性质不随时间变化的状态,用一组宏观量描述某时的状态,非平衡态,18,实际上的处理： 1)是否可看作平衡态？ 足够长 2)实在不行 - 分小块 3)远离平衡态 - 非线性 耗散结构,本课的主体： 平衡态 介绍： 远离平衡态,注意区分平衡态和稳定态,19,每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化-无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间驰豫时间 例1 气体的准静态压缩,过程时间 1 秒,3.过程,准静态过程,20,例2 准静态传热,准静态过程,每一微小过程均是平衡过程,21,实际过程太迅速了 怎么办？ 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验 本课介绍 气体分子动理论 平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系 热力学基础 实验的总结-必定涉及过程 结论是普适的（对象 过程不限） 但 具体的理论计算 必是理气、准静态过程,22,通过本课程：明确 理论的建立过程 理论的指导作用,23,第 1 章 理想气体状态方程,一、几个基本概念 1.温度 处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质 2.热平衡定律(热力学第零定律) 实验表明：若 A与C热平衡 B与C热平衡 则 A与B热平衡 意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的 特征- 它们的温度相同,24,二、理想气体状态方程,M - 质量 - mol 质量 V - 理气活动空间,R-普适气体恒量,第零定律 不仅给出了温度的概念 而且指 出了判别温度是否相同的方法,25,常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m,常用形式,26,分子数密度,玻耳兹曼常数,理想气体状态方程,27,热力学系统由大量粒子组成 1) 标况,十亿亿亿,28,2) 高真空,十亿,大量、无规,统计方法,数学基础-概率论,29,1.理气状态方程,2.不漏气系统 各状态的关系,30,3. P-V 图,通常还画 P - T、P - V T - V 、T E 图,P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程,第1章结束,
