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1、 热学篇是分别从分子结构和能量的观点来研究热 现象的。前者是气体动理论的内容；后者是热力学 的内容。引 言引 言气体动理论 研究热现象的微观实质，根据物质 的分子结构建立起各宏观量与微观量之间的关系。热力学 则是以观察和实验为依据，从能量的观 点来说明热、功等基本概念，以及他们之间相互转换 的关系和条件。1常见的一些现象：1. 一壶水开了，水变成了水蒸气。2. 温度降到0以下，液态的水变成了固体的冰块。3. 气体被压缩，压强增强。4. 物体被加热，物体的温度升高。热现象DateDate2 2微观量：分子的质量、速度、动量、能量等 。宏观量： 温度、压强、体积等。不能直接进行测量和观察。在宏观上
2、能够直接进行测量和观察。气体动理论312-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章 气体动理论物理学第五版气体动理论 第 十 二 章4一 气体的物态参量(宏观量)1 压强 ： 力学描述单位: 标准大气压: 纬度海平面处, 时的 大气压.2 体积 : 几何描述单位: 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律53 温度:热学描述摄氏温标： t 水的冰点 0 水的沸点 100冰点和沸点之差的 百分之一规定为1 热力学温标：T K 绝对零度： T = 0 K T= t+273.15目前，T(min.)=2.4 1011k (激光冷却法)6大爆炸后的宇宙温度1039 K 实验实验 室能够够达到的最
3、高温度108 K 太阳中心的温度1.5107 K 太阳表面的温度6000 K 地球中心的温度4000 K 水的三相点温度273.16 K 微波背景辐辐射温度2.7 K 实验实验 室能够够达到的最低温度（ 激光制冷）2.410-11 K712-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章 气体动理论物理学第五版二 平衡态一定量的气体，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的宏观性 质不随时间变化的状态称为平衡态. 平衡态的特点(1)单一性 (p，T 处处相等)；(2)物态的稳定性 与时间无关；(3)自发过程的终点；(4)热动平衡(有别于力平衡).812-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章
4、 气体动理论物理学第五版 P-V图中：ABPV0点平衡态线准静态过程(过程 中的每一时刻，系统都 几乎处于平衡态)9三 理想气体物态方程（2）物态方程: 理想气体平衡态宏观参量间 的函数关系 .（1）理想气体宏观定义: 在室温下，不太大，P不太高，遵 守三个实验定律的气体. 微观定义：忽略分子间作用力，分子间，分子 与器壁间碰撞视为弹性碰撞。1012-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章 气体动理论物理学第五版玻马定律 PV=constant盖吕萨克定律 V/T=constant查理定律 P/T=constantT不变P不变V不变克拉伯龙方程 PV=RT1112-1 平衡态 理想气体物态方程第
5、十二章 气体动理论物理学第五版摩尔气体常量系统总质量， 摩尔质量， 单个分子质量理想气体物态方程的两种表达形式k 称为玻耳兹曼常量.重点1：1212-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章 气体动理论物理学第五版k 称为玻耳兹曼常量.n =N/V，为气体分子数密度.理想气体物 态的压强1312-1 平衡态 理想气体物态方程第十二章 气体动理论物理学第五版 四 热力学第零定律如果物体 A 和 B 分别与物体 C 处于 热平衡的状态，那么 A 和 B 之间也处于 热平衡.ABC14物理学第五版一 分子的线度分子有单原子分子、双原子分子、多 原子分子和千万个原子构成的高分子.不同结构的分子其尺度不一样
6、例 标准状态氧分子 直径 分子间距 分子线度12-2 物质的微观模型 统计规律性结论1. 分子所占空间体积是分子大小的1000 倍，所以分子可以看成质点15第十二章 气体动理论12-2 物质的微观模型 统计规律性物理学第五版二. 分子力当 时，分子力主要表现为斥力；当 时，分子力主要表现为引 力.分子力固体和液体的分子之所以会聚集在一起而不散开，是因 为分子之间有相互吸引力。但是，固体和液体都很难压缩 ，说明分子之间也有排斥力。结论2. 通常情况下，气体分子间的作用力可 以忽略不及.16第十二章 气体动理论12-2 物质的微观模型 统计规律性物理学第五版三 分子热运动的无序性及统计规律宏观物体
7、由大量分子组成,分子都在不停 地作无规则运动.?内部结构这么复杂,如何研究宏 观态与微观量之间的关系呢!?例 常温和常压下的氧分子17第十二章 气体动理论12-2 物质的微观模型 统计规律性物理学第五版整体(大量分子): 服从统计规律 .单个分子: 无序、具有偶然性、遵循力学规律 .分子的运动规律宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子 杂乱无章的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测量到的宏观量只是大量分子热运 动的统计平均值。宏观量与微观量的关系：18第十二章 气体动理论12-2 物质的微观模型 统计规律性物理学第五版小球在伽尔顿板中的分布规 律 . . . . . . . . . .
8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19第十二章 气体动理论12-2 物质的微观模型 统计规律性物理学第五版统计规律 当小球数 N 足够大时小球的分布具有统计 规律. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20（1
9、）分子可视为质点； 线度间距 ， ； （2）除碰撞瞬间, 分子间无相互作用力；一 理想气体的微观模型（4）分子的运动遵从经典力学的规律 .（3）弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；理想气体分子是自由地，无规则地运动 着的弹性质点群。12-3 理想气体的压强公式21第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版设边长分别为 x、y 及 z 的长方体中有 N 个全同的 质量为 m 的气体分子，计算 壁面所受压强.二 理想气体压强公式22第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版 克劳修斯指出：“气体对容器壁的压强是大 量分子对容器壁碰撞的平均效果。”23第十二章 气体
10、动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版24第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版热动平衡的统计规律（ 平衡态 ）（1）分子按位置的分布是均匀的. 大量分子碰撞的总效果 ：恒定的、持续 的力的作用.单个分子碰撞特性 ：偶然性 、不连续性.25第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版各方向运动概率均等方向速度平方的平均值各方向运动概率均等分子运动速度（2）分子各方向运动概率均等.26第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版 分子各方向运动概率均等.27第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版 单个分子遵循力学
11、规律 .第 个分子施于器壁A1的冲量:两次碰撞间隔时间:单位时间碰撞次数 : 单个分子单位时间 施于器壁的冲量:28第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版单位时间 N 个粒子对器壁总冲量: 大量分子总效应器壁 所受平均冲力: 气体压强29第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版气体压强统计规律分子平均平动动能气体压强公式30第十二章 气体动理论12-3 理想气体的压强公式物理学第五版统计关系式压强的物理意义宏观可测量量微观量的统计平均值重点2：31第十二章 气体动理论物理学第五版12-4 理想气体分子的平均平动动能 与温度的关系32第十二章 气体动理论
12、12-4 理想气体分子平均平动动能与温度的关系物理学第五版分子平均平动动能： 宏观可测量量微观量的统计平均理想气体压强公式理想气体物态方程重点3：33第十二章 气体动理论12-4 理想气体分子平均平动动能与温度的关系物理学第五版温度 T 的物理意义（3）在同一温度下各种气体分子平均平动 动能均相等.（1）温度是分子平均平动动能的量度. （反映热运动的剧烈程度） （2）温度是大量分子的集体表现，谈论个别 分子的温度无意义.34第十二章 气体动理论12-4 理想气体分子平均平动动能与温度的关系物理学第五版（A）温度相同、压强相同.（B）温度、压强都不同.（C）温度相同，氦气压强大于氮气压强 .（D）温度相同，氦气压强小于氮气压强 .解1 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且都处于平衡状态，则：讨 论35第十二章 气体动理论12-4 理想气体分子平均平动动能与温度的关系物理学第五版2 理想气体体积为 V ，压强为 p ，温度为 T . 一个分子 的质量为 m ，k 为玻耳兹曼常 量，R 为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为： （A） （B）（C） （D）解36
