1、热现象的实质是大量微观分子 的热运动的结果，因此本篇分 为两章。,1）气体分子动理论,2）热力学基础,前者研究微观分子运动与宏观物理量之间的关系，后者研究宏观的热现象。二者相辅相成。,通过学习我们将对物质运动的规律将有更新的认识。,引言：并不是所有的问题都不要考虑热问题，如卫星的溅落回收、使用大功率的晶体管、家中的电冰箱、空调机-都不能置热现象而不顾。,6-1 概述(Summarize),一）研究的对象-气体分子（理想气体分子）,二）研究的目的-了解气体的宏观状态参量（ 温度、压强、内能等）与分子微观运动之间的关系。,三）研究的依据-由实验得出的关于分子运动的三个基本论点。,1）一切物质都是由
2、许多不连续的、彼此之 间有一定间隔的微观分子构成。（不是天衣 无缝，浑然一体。）,如：气体-可以压缩；,液体-50cm3的水+50cm3的酒精 =97cm3混合物。,固体-也不是铁板一块。,高压,2）分子之间存在相互作用力-分子力。,为斥力且 增加时F急剧增加,为平衡态，F=0,注意, d 可视为分子力程； 数量级在10-10-10-8m数 量级，可看为分子直径 （有效直径）。,分子力是电性力，远大于万有 引力。,3）分子作永不停息的运动-热运动,证据-布朗运动（1927年）,布朗运动实际上是大量分子无规则运动涨落冲击所致。,而且温度越高运动愈剧烈。,四）研究方法-经典统计法-在大 量无规则事
3、件中运用几率（概率）的 概念找出事物规律的方法。,什么是几率？什么是统计规律呢？,掷骰子-掷一次出现一点至六点的情况均有 可能，但大量掷出以后，每一点子出现的次数 都占六分子之一。而且掷的次数越多，各点出,三红七兰，摸出 红球的几率为十 分三，兰色球十 分之七。,掷骰子-掷一次出现一点至六点的情况均有 可能，但大量掷出以后，每一点子出现的次数 都占六分子之一。而且掷的次数越多，各点出 现点子的数目越接近六分之一。这时我们说每 种点子出现的几率为六分之一。,掷硬币-各面出现的几率为二分之一。,口袋子中摸球-袋中10个小球，,几率分布实验示教,出现中间多，两边少的几率分布,几率（概率）-设做 N
4、次实验（比如掷N次骰子）若出现某事件A的次数为 NA，则当N很大时A事件的几率定义为,含义：描述事件发生的可能性大小的物理量,称为必然事件,称为不可能事件,例如前面掷硬币时：出现头像的几率 为二分之一。出现币值的一面（B事件） 的几率也为二分之一。,注意：1）归一化条件：在N次实验中各种事件出现的几率的和为1。,设Wi为表示第i事件出现的几率，则它所有 事件出现的几率和为：,2）在描写大量分子状态时往往使用统计平均值。,这是因为我们描述的是大量分子的运动。 一摩尔气体就有6.0221023个分子。一个个 地说明其速度、位置等既无必要又无可能 因而实际上常用它们的平均值。,怎样求平均值呢？以求分
5、子速率的平均值为例：,设有一个系统有N个分子且： （平均速率）,.,故平均值:,这种利用几率的办法求得的平均值称为统计 平均值.,事实上密度与微观量之间的关系就是一统计 平均的关系.,实际上是一个统计 平均值,因任取一体元, 分子时有飞出、飞入, 故只能取一个统计平均值。下面我们将看到 温度、压强等都是统计平均值。,在这过程中，各点密度、温度等均不相同，这就是非 平衡态。但随着时间的推移，各处的密度、压强等都达 到了均匀，无外界影响，状态保持不变，就是平衡态。,又如敝开的盛水容器，水不断地蒸发但将容器盖上，经一段时间后，达到饱和状态。之后，无外界影响状态历久不变。,设一容器，用隔板将其隔开当隔
6、板右移时，分子向右边扩散,一）平衡态,注意：1）无外界影响是指没有热量的传递及外 界对系统作功（也无化学及核反应）。,2）平衡态是宏观性质不发生变化的状态， 但从微观上看，分子仍作无规则的热运动，故称 热动平衡。,3）只有系统处于热动平衡态，才可以用 确定的状态参量来描述其宏观状态。（如用温 度、压强等等）。,或称准静态,二）描述气体宏观状态的参量（复习）,（宏观状态-大量分子的集体状态）,1）体积V-气体所占的空间（从几何描述）,注意：体积并不是所有分子体积之和，因分 子之间有间隔。,2）压强-作用在器壁上单位面积上的力（从力学角度描述）,注意：a）气体压强产生的原因是大量分子对器 壁的碰撞
7、而非气体分子的重量。,b）单位多而杂,SI制：,工程上：一标准大气压（a t m）,气象上：（巴）,3）温度-温度的概念来自热平衡,若两容器之间用绝热板隔 开，A、B容器各自达到各自的 平衡态。,若容器用导热板隔开，A、B 两系统只能达到一个共同的平衡 态-描写这一共同的平衡态的宏 观物理量就是温度。,导热板,A,B,绝热板,A,B,B,C,温度的测量就是依据这一定律,当小孩B与温度计达热平衡， 小孩C也与温度计A达到平衡， 则B和C处于同样的热平衡态。 小孩B不发烧，C也不发烧。,为标志B、C达到一个什么 样的共同状态，在A上通过 标刻水银长度来描述-这就 是温标。,国际单位制中采用热力学温
8、标,单位-开尔文,把水的三相点（纯水、纯冰、和水蒸气平衡共 存的状态）的温度规定为273.16开尔文（K）。 0K是指绝对零度。,常用的摄氏温标（t）：0C 1960年国际计量大会规定 0C为热力学温标的 273。15K,4）质量（从化学的角度）,注意：1）只有状态处于平衡态才能用状态参量来描述。,2）如果要用状态参量表示一个过程，那 么过程中的每一个状态都应是无限接近平衡态 的准平衡态所组成的过程-准平衡过程。,3）准平衡过程常用状态参量的函数来表示 （ 或称准静态过程）,三）理想气体状态方程,1）理想气体-任何情况下都遵守三条实验 定律的气体。,波意尔-马略 特定律,盖吕萨克定律,查理定律
9、,2）理想气体状态方程（门捷列夫-克拉伯龙方程）,式中：,M为气体质量,为摩尔质量,R为普适气体常数，在国际单位中：,方程的适用条件：a 理想气体；b 平衡态。,3）理想气体方程的简要形式,又因为 一摩尔理想气体的分子数为,故摩尔质量,引言：下面我们用统计方法来研究压强和温度。首先提出一些统计假设再推导，推导结果再与实验对照以判断结论的正确与否。,一）理想气体的分子模型及其统计假设,1）理想气体的分子模型（微观模型）,理想气体重量极轻，其密度 只有它凝聚时的千分之一。,1000个分子体积V1,为凝聚时体积的1000倍,10V1,由上分析可知：气体分子之间的距离是很大的， 分子之间的力除碰撞的一
10、瞬间外，可忽略不计。,故理想气体的模型是：,分子本身的线度分子之间的距离，以致可 以忽略；（重量也可忽略不计）,除碰撞的一瞬间（10-8秒）分子与分子，分 子与器壁之间无相互作用；,分子之间及与器壁的碰撞是完全弹性碰撞；,分子运动遵守经典力学规律。,2）宏观统计假设,因研究的是处在平衡态的气体，各处的分子 数密度应相等。,分子沿各方向运动的分子数应相等；,因为只要一种平均值不等 则气体就不均匀，密度就 不会相等。就不是平衡态。,分子速度的各种平均值都相等。,二）理想气体的压强公式 气体压强公式F,气体的压强是大量 分子对器壁的碰撞，正于雨 滴不断地打在雨伞上一样。,为分子平均平动动能，则,此式
11、称为理想气体的压强公式,注意：1）压强决定于分子数密度和分子平均平动动能,（讨论 n,w),三）温度与分子平均平动动能,依压强公式及理想气体状 态方程的简要形式：,此称理想气体温度公式,说明：1）此式说明了温度的统计意义-气体温 度乃是气体分子平均平动动能的量度。-反映大 量分子热运动的激烈程度-是一集体表现。,2）此式给出了0K的经典物理意义-分子 完全停止运动的状态。,2）此式给出了0K的经典物理意义-分子 完全停止运动的状态。,3）只要温度相同，不同气体的平均平动动能相等。,4）常用温度公式求速率的均方根值：,或,例）一容器中贮有理想气体，压强为0.010mmHg 高。温度为270C，问在1cm3中有多少分子，这些 分子动能之总和为多少？,已知：,求：N=？EK=？,解：,分子平均平动动能为,故N个分子总平动动能：,
