1、1第三篇第三篇 分子物理與熱力學分子物理與熱力學 內容：內容： 與與熱現象熱現象有關的性質和規律。有關的性質和規律。 關。關。微觀上說是與熱運動有微觀上說是與熱運動有有關；有關；宏觀上說是與溫度宏觀上說是與溫度熱現象熱現象 T研究方法研究方法宏觀基本實驗規律宏觀基本實驗規律邏輯推理邏輯推理特點：特點：普遍性、可靠性。普遍性、可靠性。熱現象規律熱現象規律熱力學熱力學對微觀結構提對微觀結構提出模型、假設出模型、假設統計方法統計方法熱現象規律熱現象規律特點：特點：可揭示本質，但受模型局限。可揭示本質，但受模型局限。分子物理學分子物理學2熱運動：構成宏觀物質的大量微觀粒子熱運動：構成宏觀物質的大量微觀

2、粒子的無規則的、永不停息的運動。的無規則的、永不停息的運動。熱現象：組成宏觀物體的大量微觀粒子熱現象：組成宏觀物體的大量微觀粒子熱運動的集體表現。熱運動的集體表現。熱力學對象：熱力學對象：宏觀物體（大量分子原子系統）宏觀物體（大量分子原子系統）或物體系或物體系 熱力學系統熱力學系統 。外界外界系統系統外界外界例如汽缸：例如汽缸：分子物理學對象：分子物理學對象： 微觀粒子微觀粒子3氣體動理論氣體動理論第六章第六章（Kinetic Theory of Gases）4 前前 言言 一、統計方法和統計規律一、統計方法和統計規律 1偶然事件：在一定條件下可能發生也可能不發生的事偶然事件：在一定條件下可能

3、發生也可能不發生的事件，也叫隨機事件。件，也叫隨機事件。 2統計規律：對大量偶然事件的整體起作用的規律。統計規律：對大量偶然事件的整體起作用的規律。 3概率：偶然事件概率：偶然事件A出現的概率等于事件出現的概率等于事件A出現的次數與出現的次數與實驗總次數之比當時的極限實驗總次數之比當時的極限 limAANNPN4歸一化條件：歸一化條件：1NNNNNNPiiiiii55統計平均值統計平均值nxxxx321、的次數分別為的次數分別為 1N2NnN、 、 設對設對 量測量了量測量了 次，出現次，出現 Nx算術平均值算術平均值 iiiiiixNNxNNx1統計平均值統計平均值 iiiNiiiNiiiN

4、xNNxNNNxNxlimlimlimiiiiiNiPxNNx lim連續函數平均值連續函數平均值 badttxabx)(16舉例：舉例：1.求一天的平均氣溫求一天的平均氣溫 21211( )ttTT t dttt2氣體分子速度的氣體分子速度的x分量的平均值。（設共有分量的平均值。（設共有N個分子）個分子） 設速度在設速度在 內分子數為內分子數為 xdNxxxdvvv則此速度范圍內所有分子速度的則此速度范圍內所有分子速度的x分量之和分量之和 xxdNvxxxdNvNv)()(1若氣體分子速度若氣體分子速度x分量的平方的平均值分量的平方的平均值 xxxdNvNv)()(22176.1 平衡狀態平

5、衡狀態 狀態方程狀態方程 1. 平衡狀態平衡狀態不隨時間變化的狀態不隨時間變化的狀態（動態平衡）。（動態平衡）。系統的宏觀性質系統的宏觀性質在不受外界影響的條件下在不受外界影響的條件下形式的物質與能量交換），形式的物質與能量交換），（與外界無任何（與外界無任何要注意區分平衡態與穩定態。要注意區分平衡態與穩定態。平衡態平衡態T1T1熱熱庫庫（恒溫）（恒溫）系統系統穩定態穩定態T2熱熱庫庫熱熱庫庫T1（恒溫）（恒溫）（恒溫）（恒溫）系統系統8狀態參量（表征宏觀性質）狀態參量（表征宏觀性質） p、V、T1atm =1.013x105Pa =760mmHg V 體積體積 : 1m3=103LT 溫度溫

6、度P 壓強：壓強：1Pa=1N/m2單位：單位：K（Kelvin）。）。(1)理想氣體溫標：理想氣體溫標：用理想氣體做測溫物質的溫標用理想氣體做測溫物質的溫標 (2)熱力學溫標熱力學溫標T：(3) 攝氏溫標攝氏溫標 t ： 與熱力學溫標的關系：與熱力學溫標的關系：t =（T - 273.15）C 9二、理想氣體的狀態方程二、理想氣體的狀態方程RTMMpVmol(N0 阿伏伽德羅常量阿伏伽德羅常量，n 氣體分子數密度氣體分子數密度）M 氣體質量，氣體質量，M mol 氣體摩爾質量，氣體摩爾質量，R=8.31J/(mol.K) 氣體常數。氣體常數。處于熱動平衡態的系統，在它的狀態參量只有兩個是獨立

7、的處于熱動平衡態的系統，在它的狀態參量只有兩個是獨立的 0),(TVPf對理想對理想氣體氣體 TNRVNRTmNNmVRTMMVPmol0011nkTKJ1038. 1230NRk 玻爾茲曼常量玻爾茲曼常量10 一、氣體動理論的基本觀點一、氣體動理論的基本觀點1.宏觀物體由大量分子、原子構成，宏觀物體由大量分子、原子構成，有一定的間隙；有一定的間隙； 2.分子永不停息地作無規則運動分子永不停息地作無規則運動 熱運動熱運動3.分子間有一定相互作用力。分子間有一定相互作用力。分子間分子間6.2 理想氣體的壓強公式理想氣體的壓強公式氣體的壓強從氣體的壓強從宏觀上看宏觀上看是氣體作用在單位面積容器壁是

8、氣體作用在單位面積容器壁上的垂直壓力，上的垂直壓力，微觀上看微觀上看是氣體分子對器壁的碰撞是氣體分子對器壁的碰撞 11二二 、理想氣體的微觀假設、理想氣體的微觀假設1.關于每個分子的力學性質關于每個分子的力學性質 （1）大小）大小 分子線度分子線度分子截面面積）分子截面面積）使使 軸與之垂直軸與之垂直 xdAFdP 15一個分子對一個分子對dA沖量：沖量： 2m0vx1： 中一個分子對中一個分子對 碰撞時給碰撞時給 的沖量的沖量 xdNdAdA2：在在 時間內時間內 中有多少個分子會碰到中有多少個分子會碰到 上？上？ dAxdNdtiv小小柱柱體體dAvxdtx器器壁壁dtdAvVdNxxdA

9、dtvVdNmdtdAvVdNmvdIxxxxx22222xxdNdIdFmv dAdtV3： 中分子給中分子給 面的壓力和對器面的壓力和對器壁的壓強壁的壓強 dAxdN22xxdNdFdpmvdAV16 有有 wnp32由分子平均由分子平均平動平動動能動能 氣體壓強公式氣體壓強公式4：所有分子對器壁的壓強為：所有分子對器壁的壓強為 xxxxvdNvVmVdNmvdpdpPx2222121xxxdNvNv)()(22122231vmnvmnvNVmPxxwnvmn3221322221vmw 17說明說明 1壓強的微觀意義：壓強是大量氣體分子對器壁壓強的微觀意義：壓強是大量氣體分子對器壁碰撞的平

10、均效果碰撞的平均效果 tStFSFP單位時間內器壁單位面積上受單位時間內器壁單位面積上受到的大量分子碰撞的平均沖量到的大量分子碰撞的平均沖量 2.壓強公式壓強公式 中的中的 是對大量理是對大量理想氣體分子的統計結果。具有統計平均的意義，對少想氣體分子的統計結果。具有統計平均的意義，對少量分子可能完全不適用。量分子可能完全不適用。 2vwnvmnp3221322183氣體分子的平均平動動能氣體分子的平均平動動能 是描述熱運是描述熱運動的動的微觀量微觀量，而壓強是描述熱現象的，而壓強是描述熱現象的宏觀量宏觀量。所以，。所以，壓強公式把宏觀量和微觀量聯系在了一起。壓強公式把宏觀量和微觀量聯系在了一起。 221vmw 4在推導該式時，沒有考慮到分子之間的碰撞，這是在推導