理想氣體的壓強(qiáng)溫度的微觀意義課件

1§7-1.熱力學(xué)系統(tǒng)、平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)的研究對(duì)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，是由大量剛性分子構(gòu)成的質(zhì)點(diǎn)系，采取統(tǒng)計(jì)平均的方法研究其熱運(yùn)動(dòng)宏觀微觀關(guān)系及規(guī)律。熱平衡態(tài)：在外界條件一定的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部各處均勻一致，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間t改變?！?-2.熱力學(xué)第零定律

當(dāng)A、B分別與C達(dá)到熱平衡態(tài)時(shí)，A、B也必然達(dá)到熱平衡態(tài)，熱平衡的這種傳遞性稱為熱力學(xué)第零定律。它們具有共同的、穩(wěn)定的宏觀性質(zhì)，稱為溫度。溫標(biāo)：用于衡量溫度高低，有熱力學(xué)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。1§7-1.熱力學(xué)系統(tǒng)、平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)的研究對(duì)象12

理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)參量之間的關(guān)系。1.什么是理想氣體

理想氣體是一種理想化的模型，它的模型有兩種。宏觀模型溫度不太低壓強(qiáng)不太高微觀模型分子間的作用力不計(jì)分子的體積不計(jì)§7-3.理想氣體狀態(tài)方程兩種模型是等價(jià)的，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)較低時(shí)，氣體較稀薄，分子間的距離較大，則分子間的作用力可忽略不計(jì)，且分子間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子本身的線度，分子的體積也可忽略不計(jì)。2理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)參量之間的關(guān)系。1.232.狀態(tài)參量的含義（1）壓強(qiáng)P

從力學(xué)角度描寫(xiě)氣體狀態(tài)的物理量?！?dú)怏w分子作用于單位面積的壓力。國(guó)際單位：牛頓/米2，N·m-2,帕（Pa）1

Pa=1

N·m-2,常用單位大氣壓，atm

：1atm=1.013×105Pa其它單位：托，Torr1Torr=1mmHg=1.333×102Pa32.狀態(tài)參量的含義（1）壓強(qiáng)P從力學(xué)角度描34國(guó)際單位：米3，m3常用單位：升，l1m3=103l（3）溫度T:從熱學(xué)角度描寫(xiě)氣體狀態(tài)的物理量。國(guó)際單位：絕對(duì)溫標(biāo)T

開(kāi)，k常用單位：攝氏溫標(biāo)t

度，℃（4）物質(zhì)的量：摩爾數(shù)氣體質(zhì)量摩爾質(zhì)量（2）體積V氣體分子活動(dòng)的空間體積。對(duì)于理想氣體分子大小不計(jì)，分子活動(dòng)的空間體積就是容器的體積。單位：摩爾，mol4國(guó)際單位：米3，m3常用單位：升，l45（5）普適氣體恒量R1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：或1摩爾的氣體含有NA=6.023×1023個(gè)分子。NA稱為阿弗加德羅常數(shù)。5（5）普適氣體恒量R1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：或1摩爾的氣56①.理想氣體②.處在熱平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程適用條件理想氣體狀態(tài)方程：?jiǎn)挝灰涮资褂?.注意幾點(diǎn)6①.理想氣體②.處在熱平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程適用條件理想氣67例1：一氧氣瓶盛有體積為V1=30l，壓強(qiáng)為P1=130atm的氧氣，若壓強(qiáng)下降到P2=10atm,就應(yīng)停止使用重新灌氣，有一車間每天用掉P3=1atm、V3=40l的氧氣，問(wèn)這瓶氧氣能用幾天？設(shè)使用中溫度不變。解：由理想氣體狀態(tài)方程：原氧氣瓶?jī)?nèi)質(zhì)量氧氣瓶剩余質(zhì)量每天使用氧氣質(zhì)量使用的天數(shù)使用的天數(shù)7例1：一氧氣瓶盛有體積為V1=30l，壓強(qiáng)為P1=13781.氣體的微觀動(dòng)力學(xué)模型從氣體分子運(yùn)動(dòng)論出發(fā)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律和統(tǒng)計(jì)平均方法，解釋氣體的宏觀現(xiàn)象和規(guī)律，并建立宏觀量與微觀量之間的關(guān)系。1.氣體是由大量剛性分子（或原子）組成,分子在不停地作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。（小剛體模型）2.分子之間只在發(fā)生碰撞時(shí)才發(fā)生相互作用，而且是完全彈性碰撞，服從牛頓力學(xué)規(guī)律?！?-4

.氣體分子動(dòng)理論81.氣體的微觀動(dòng)力學(xué)模型從氣體分子運(yùn)動(dòng)論出發(fā)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律89利用上述觀點(diǎn)，若氣體系統(tǒng)中有N個(gè)分子，每個(gè)分子質(zhì)量為m0，氣體質(zhì)量m=Nm0

摩爾質(zhì)量M

=NAm0壓強(qiáng)P可以表示為令：n表示分子數(shù)密度，k表示玻爾茲曼常數(shù)得到：p=nkT9利用上述觀點(diǎn)，若氣體系統(tǒng)中有N個(gè)分子，每個(gè)分子質(zhì)量為m0910壓強(qiáng)是由于大量氣體分子對(duì)容器壁碰撞的結(jié)果。例如：籃球充氣后，球內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)，是由大量氣體分子對(duì)球壁碰撞的結(jié)果。2、壓強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)解釋可以由以下的假設(shè)導(dǎo)出氣體的壓強(qiáng)公式：1、分子在容器中運(yùn)動(dòng)服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。2、除碰撞的瞬間外，分子與容器壁無(wú)相互作用，分子之間無(wú)相互作用。3、氣體分子與容器壁，氣體分子之間的碰撞是彈性碰撞。10壓強(qiáng)是由于大量氣體分子對(duì)容器壁碰撞的結(jié)果。例如：籃球充氣1011分子在x方向的平均速度：

由于分子沿x

軸正向和x

軸負(fù)向的運(yùn)動(dòng)概率是相同的，因此，在x

方向上分子的平均速度為0。同樣有分子速度在x方向的平方平均值：統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)：11分子在x方向的平均速度：由于分子沿x1112同理，分子速度在y、z方向的平方平均值：由于分子在x、y、z三個(gè)方向上沒(méi)有哪個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，所以，分子的三個(gè)速度平方平均值相等。分子速度的平方平均值為：12同理，分子速度在y、z方向的平方平均值：由于分子在x、y1213則設(shè)長(zhǎng)方形容器的邊長(zhǎng)分別為x、y、z。體積為V，其中有N個(gè)分子，分子的質(zhì)量為

m0

，視為彈性小球。單位體積內(nèi)的分子數(shù)n

:13則設(shè)長(zhǎng)方形容器的邊長(zhǎng)分別為x、y、z。體積為V，其中1314

1.跟蹤一個(gè)分子，某一時(shí)刻的速度為v，在x方向的分量為vx

。2.分子以vx向A1面碰撞，并以-vx

彈回，分子受A1面的沖量由牛頓第三定律，A1面受到分子的沖量為:141.跟蹤一個(gè)分子，某一時(shí)刻的速度為v，在x方向的14153.分子與A2面發(fā)生碰撞后，又與A1面發(fā)生碰撞，相繼兩次對(duì)A1面碰撞所用的時(shí)間：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)對(duì)A1面的碰撞次數(shù)為：4.單位時(shí)間一個(gè)分子對(duì)A1面的沖量（即平均沖力）為：153.分子與A2面發(fā)生碰撞后，又與A1面發(fā)生碰撞，相繼兩次15165.容器內(nèi)N個(gè)分子對(duì)器壁的平均沖力為：6.A1面受到的壓強(qiáng)為：體積V為：則壓強(qiáng)上下同乘N得165.容器內(nèi)N個(gè)分子對(duì)器壁的平均沖力為：6.A1面受到的壓1617由和壓強(qiáng)公式：分子平均平移(動(dòng)）動(dòng)能：壓強(qiáng)公式又可表示為：17由和壓強(qiáng)公式：分子平均平移(動(dòng)）動(dòng)能：壓強(qiáng)公式又可表示為1718注意幾點(diǎn)1.壓強(qiáng)是由于大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生的，它是對(duì)大量分子統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果。對(duì)單個(gè)分子無(wú)壓強(qiáng)的概念。2.壓強(qiáng)公式體現(xiàn)了宏觀量壓強(qiáng)P與微觀氣體分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。3.分子數(shù)密度越大，壓強(qiáng)越大。

分子運(yùn)動(dòng)得越激烈，壓強(qiáng)越大。18注意幾點(diǎn)1.壓強(qiáng)是由于大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)1819壓強(qiáng)公式解釋了宏觀的壓強(qiáng)與微觀的氣體分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。與溫度公式：比較有1.溫度是對(duì)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果，對(duì)個(gè)別分子溫度無(wú)意義。2.分子運(yùn)動(dòng)得越激烈，溫度越高。溫度是分子平均平移（動(dòng)）動(dòng)能的標(biāo)志。3、溫度的統(tǒng)計(jì)意義19壓強(qiáng)公式解釋了宏觀的壓強(qiáng)與微觀的氣體分子運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系。19204.由溫度公式可計(jì)算某一溫度下氣體的方均根速率。3.不同氣體溫度相同，平均平動(dòng)動(dòng)能相同。例：求27C的空氣方均根速率。（空氣的摩爾質(zhì)量為29g/mol）解：204.由溫度公式可計(jì)算某一溫度下氣體的方均根速率。3.不2021§7-1.熱力學(xué)系統(tǒng)、平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)的研究對(duì)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，是由大量剛性分子構(gòu)成的質(zhì)點(diǎn)系，采取統(tǒng)計(jì)平均的方法研究其熱運(yùn)動(dòng)宏觀微觀關(guān)系及規(guī)律。熱平衡態(tài)：在外界條件一定的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部各處均勻一致，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間t改變?！?-2.熱力學(xué)第零定律

當(dāng)A、B分別與C達(dá)到熱平衡態(tài)時(shí)，A、B也必然達(dá)到熱平衡態(tài)，熱平衡的這種傳遞性稱為熱力學(xué)第零定律。它們具有共同的、穩(wěn)定的宏觀性質(zhì)，稱為溫度。溫標(biāo)：用于衡量溫度高低，有熱力學(xué)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。1§7-1.熱力學(xué)系統(tǒng)、平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)的研究對(duì)象2122

理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)參量之間的關(guān)系。1.什么是理想氣體

理想氣體是一種理想化的模型，它的模型有兩種。宏觀模型溫度不太低壓強(qiáng)不太高微觀模型分子間的作用力不計(jì)分子的體積不計(jì)§7-3.理想氣體狀態(tài)方程兩種模型是等價(jià)的，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)較低時(shí)，氣體較稀薄，分子間的距離較大，則分子間的作用力可忽略不計(jì)，且分子間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子本身的線度，分子的體積也可忽略不計(jì)。2理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)參量之間的關(guān)系。1.22232.狀態(tài)參量的含義（1）壓強(qiáng)P

從力學(xué)角度描寫(xiě)氣體狀態(tài)的物理量?！?dú)怏w分子作用于單位面積的壓力。國(guó)際單位：牛頓/米2，N·m-2,帕（Pa）1

Pa=1

N·m-2,常用單位大氣壓，atm

：1atm=1.013×105Pa其它單位：托，Torr1Torr=1mmHg=1.333×102Pa32.狀態(tài)參量的含義（1）壓強(qiáng)P從力學(xué)角度描2324國(guó)際單位：米3，m3常用單位：升，l1m3=103l（3）溫度T:從熱學(xué)角度描寫(xiě)氣體狀態(tài)的物理量。國(guó)際單位：絕對(duì)溫標(biāo)T

開(kāi)，k常用單位：攝氏溫標(biāo)t

度，℃（4）物質(zhì)的量：摩爾數(shù)氣體質(zhì)量摩爾質(zhì)量（2）體積V氣體分子活動(dòng)的空間體積。對(duì)于理想氣體分子大小不計(jì)，分子活動(dòng)的空間體積就是容器的體積。單位：摩爾，mol4國(guó)際單位：米3，m3常用單位：升，l2425（5）普適氣體恒量R1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：或1摩爾的氣體含有NA=6.023×1023個(gè)分子。NA稱為阿弗加德羅常數(shù)。5（5）普適氣體恒量R1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：或1摩爾的氣2526①.理想氣體②.處在熱平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程適用條件理想氣體狀態(tài)方程：?jiǎn)挝灰涮资褂?.注意幾點(diǎn)6①.理想氣體②.處在熱平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程適用條件理想氣2627例1：一氧氣瓶盛有體積為V1=30l，壓強(qiáng)為P1=130atm的氧氣，若壓強(qiáng)下降到P2=10atm,就應(yīng)停止使用重新灌氣，有一車間每天用掉P3=1atm、V3=40l的氧氣，問(wèn)這瓶氧氣能用幾天？設(shè)使用中溫度不變。解：由理想氣體狀態(tài)方程：原氧氣瓶?jī)?nèi)質(zhì)量氧氣瓶剩余質(zhì)量每天使用氧氣質(zhì)量使用的天數(shù)使用的天數(shù)7例1：一氧氣瓶盛有體積為V1=30l，壓強(qiáng)為P1=1327281.氣體的微觀動(dòng)力學(xué)模型從氣體分子運(yùn)動(dòng)論出發(fā)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律和統(tǒng)計(jì)平均方法，解釋氣體的宏觀現(xiàn)象和規(guī)律，并建立宏觀量與微觀量之間的關(guān)系。1.氣體是由大量剛性分子（或原子）組成,分子在不停地作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。（小剛體模型）2.分子之間只在發(fā)生碰撞時(shí)才發(fā)生相互作用，而且是完全彈性碰撞，服從牛頓力學(xué)規(guī)律。§7-4

.氣體分子動(dòng)理論81.氣體的微觀動(dòng)力學(xué)模型從氣體分子運(yùn)動(dòng)論出發(fā)運(yùn)用力學(xué)規(guī)律2829利用上述觀點(diǎn)，若氣體系統(tǒng)中有N個(gè)分子，每個(gè)分子質(zhì)量為m0，氣體質(zhì)量m=Nm0

摩爾質(zhì)量M

=NAm0壓強(qiáng)P可以表示為令：n表示分子數(shù)密度，k表示玻爾茲曼常數(shù)得到：p=nkT9利用上述觀點(diǎn)，若氣體系統(tǒng)中有N個(gè)分子，每個(gè)分子質(zhì)量為m02930壓強(qiáng)是由于大量氣體分子對(duì)容器壁碰撞的結(jié)果。例如：籃球充氣后，球內(nèi)產(chǎn)生壓強(qiáng)，是由大量氣體分子對(duì)球壁碰撞的結(jié)果。2、壓強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)解釋可以由以下的假設(shè)導(dǎo)出氣體的壓強(qiáng)公式：1、分子在容器中運(yùn)動(dòng)服從經(jīng)典力學(xué)規(guī)律。2、除碰撞的瞬間外，分子與容器壁無(wú)相互作用，分子之間無(wú)相互作用。3、氣體分子與容器壁，氣體分子之間的碰撞是彈性碰撞。10壓強(qiáng)是由于大量氣體分子對(duì)容器壁碰撞的結(jié)果。例如：籃球充氣3031分子在x方向的平均速度：

由于分子沿x

軸正向和x

軸負(fù)向的運(yùn)動(dòng)概率是相同的，因此，在x

方向上分子的平均速度為0。同樣有分子速度在x方向的平方平均值：統(tǒng)計(jì)學(xué)假設(shè)：11分子在x方向的平均速度：由于分子沿x3132同理，分子速度在y、z方向的平方平均值：由于分子在x、y、z三個(gè)方向上沒(méi)有哪個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，所以，分子的三個(gè)速度平方平均值相等。分子速度的平方平均值為：12同理，分子速度在y、z方向的平方平均值：由于分子在x、y3233則設(shè)長(zhǎng)方形容器的邊長(zhǎng)分別為x、y、z。體積為V，其中有N個(gè)分子，分子的質(zhì)量為

m0

，視為彈性小球。單位體積內(nèi)的分子數(shù)n

:13則設(shè)長(zhǎng)方形容器的邊長(zhǎng)分別為x、y、z。體積為V，其中3334

1.跟蹤一個(gè)分子，某一時(shí)刻的速度為v，在x方向的分量為vx

。2.分子以vx向A1面碰撞，并以-vx

彈回，分子受A1面的沖量由牛頓第三定律，A1面受到分子的沖量為:141.跟蹤一個(gè)分子，某一時(shí)刻的速度為v，在x方向的34353.分子與A2面發(fā)生碰撞后，又與A1面發(fā)生碰撞，相繼兩次對(duì)A1面碰撞所用的時(shí)間：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)對(duì)A1面的碰撞次數(shù)為：4.單位時(shí)間一個(gè)分子對(duì)A1面的沖量（即平均沖力）為：153.分子與