第3編熱學基礎熱現象的實質是大量微觀分子的熱運動的結果，涉及到宏觀與微觀兩個層次。微觀---氣體動理學理論宏觀---熱力學基礎世界由大量分子組成，科學家進一步追根問底,企圖從分子和原子的微觀層次上來說明物理規律,氣體分子動理論應運而生。玻爾茲曼、吉布斯和焦耳等發展了經典統計力學。研究方法1.

熱力學——宏觀描述通過實驗經驗總結，給出宏觀物體熱現象的規律，從能量觀點出發，分析研究物態變化過程中熱功轉換的關系和條件。特點：(1)具有可靠性；(2)

知其然而不知其所以然；

(3)

應用宏觀參量.2.

氣體動理論——微觀描述研究大量的做熱運動的粒子系統，應用模型假設和統計方法。特點：(1)揭示宏觀現象的本質；

(2)有局限性，與實際有偏差，不可任意推廣。宏觀量微觀量統計平均氣體動理論熱力學相輔相成氣體動理學與熱力學關系1、理解氣體的平衡狀態、狀態參量等概念，掌握理想氣體物態方程及其應用。2、理解理想氣體微觀模型的概念和意義，了解理想氣體壓強公式和溫度公式，理解壓強和溫度的微觀實質和統計意義。3、了解能量按自由度均分定理的內容和意義，掌握理想氣體的內能公式，理解理想氣體內能只是溫度的函數。4、了解分子速率分布函數的意義，熟悉麥克斯韋速率分布定律的內容。第六章教學基本要求第六章氣體動理學理論知識準備研究的對象---氣體分子研究的目的---了解氣體的宏觀狀態參量（溫度、壓強、內能等）與分子微觀運動之間的關系。1、概率（對隨機事件而言）含義：描述事件發生的可能性大小的物理量的比不穩定，但當N很大時趨于穩定，幾率（概率）--設做N次實驗（比如擲N次骰子）,若出現某事件A的次數為NA，事件A出現的次數與總次數則定義A事件出現的幾率為稱為必然事件稱為不可能事件例如擲硬幣時：出現頭像（A事件）的幾率為二之一。出現幣值的一面（B事件）的幾率也為二分之一。注意：歸一化條件：在N次實驗中各種事件出現的幾率的和為1。設Wi為表示第i事件出現的幾率，則它所有事件出現的幾率和為：2、統計平均值1）算術平均值：若測某個物理量M，測N次，在測得的量值中，2）統計平均值§6-1氣體動理學的基本概念

一、熱力學系統熱力學系統（熱力學研究的對象）：大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀物體。

外界：熱力學系統以外的物體。系統分類（按系統與外界交換特點）：孤立系統：與外界既無能量又無物質交換封閉系統：與外界只有能量交換而無物質交換開放系統：與外界既有能量交換又有物質交換二、宏觀量和微觀量宏觀量：表征大量分子無規則運動的集體效應和平均效果的可觀測量。如溫度、壓強、內能、和熱容量等。微觀量：任一時刻，系統處于任一微觀狀態，表征個別分子或系統的物理量。如某一時刻分子的速度、動能或系統的動能等。§6-2理想氣體狀態方程

系統分類（按系統所處狀態）熱平衡態:在無外界的影響下，不論系統初始狀態如何，經過足夠長的時間后，系統的宏觀性質不隨時間改變的穩定狀態。平衡態系統非平衡態系統平衡條件:

(1)系統與外界在宏觀上無能量和物質的交換;(2)系統的宏觀性質不隨時間改變。如密度、壓強等。非平衡態:不具備兩個平衡條件之一的系統。一、平衡態和平衡過程舉例平衡態是一種熱動平衡在這個過程式中，各點密度、溫度等均不相同，這就是非平衡態。但隨著時間的推移，各處的密度、壓強等都達到了均勻，無外界影響，狀態保持不變，就是平衡態。設一容器，用隔板將其隔開當隔板右移時，分子向右邊擴散準靜態過程（平衡過程）：如果過程進行的足夠緩慢，使得過程所經歷的各中間狀態非常接近平衡狀態。每一個過程都有確定的狀態參量。二、準靜態過程三、描述氣體的狀態參量（宏觀狀態---大量分子的集體狀態）1、體積V---氣體所占的空間（幾何參量）注意：體積并不是所有分子體積之和，因分子之間有間隔。2、壓強---作用在器壁上單位面積上的正壓力（力學參量）注意：氣體產生的原因是大量分子對器壁的碰撞，非氣體分子的重量。單位：標準大氣壓：450緯度海平面處,00C時的大氣壓。3、溫度---物體冷熱程度的量度（熱學參量）。

單位：溫標K（開爾文）四、理想氣體的狀態方程理想氣體宏觀定義：遵守三個實驗定律的氣體。1、1mol理氣的狀態方程：對于質量為M的氣體，滿足標準狀態：R－普適常量1mol：2、質量M，摩爾質量μ的理氣的狀態方程：摩爾數3、理想氣體方程的另一種表示M為總質量，m為分子質量N為分子總數，又因為1mol理想氣體的分子數為

故摩爾質量-----理想氣體方程的簡要形式n為分子數密度k為玻爾茲曼常數Ovp等溫過程T1T2T3T1<T2<T3OVP平衡態和準靜態過程P1P2V2V1A(P1,V1,T1)B(P1,V1,T1)五、理想氣體的等溫線例：氧氣瓶的壓強降到106Pa即應重新充氣，以免混入其他氣體而需洗瓶。今有一瓶氧氣，容積為32L，壓強為1.3107Pa，若每天用105Pa的氧氣400L，問此瓶氧氣可供多少天使用？設使用時溫度不變。解:根據題意，可確定研究對象為原來氣體、用去氣體和剩余氣體，設可供x天使用，使用時的溫度為T，則這三部分氣體的狀態參量分別為原有每天用量剩余分別對它們列出狀態方程，有例：氧氣瓶的壓強降到106Pa即應重新充氣，以免混入其他氣體而需洗瓶。今有一瓶氧氣，容積為32L，壓強為1.3107Pa，若每天用105Pa的氧氣400L，問此瓶氧氣可供多少天使用？原有每天用量剩余(1)(2)(3)(2)代入[(3)-(1)]§6-3理想氣體的壓強和溫度公式一、氣體分子的運動特征(1)氣體由大量氣體分子組成；(2)氣體分子作永不停息的無規則的運動；(3)分子間存在相互作用，但除碰撞的瞬間，這種相互作用極其微弱基本特征：二、理想氣體分子模型–力學假設(1)氣體分子大小與分子間的平均距離相比可忽略；

質點，d<<l(2)單個分子的運動遵循牛頓運動定律，且每個分子看作為是彈性小球，分子與分子、分子與容器器壁的碰撞視為完全彈性碰撞(e＝1)，滿足動量守恒和機械能守恒；

“機械運動”(3)除碰撞外，分子間相互作用力忽略。

“自由--無勢能”

處在平衡態的氣體，各處的分子數密度應相等。分子沿各方向運動的分子數應相等；分子速度的各種平均值都相等。二、理想氣體