气体动理论第1讲――热力学系统与平衡态

主要内容•热力学系统、平衡态•温度和温标•理想气体的状态方程气体动理论第1讲——热力学系统与平衡态绪言一.热学研究对象及内容▲对象：宏观物体（大量分子原子系统）或物体系—热力学系统。▲内容：与热现象有关的性质和规律。关。微观上说是与热运动有有关；宏观上说是与温度热现象T外界系统外界二.热学的研究方法▲热力学（thermodynamics）宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理特点：普遍性、可靠性。▲统计力学（statisticalmechanics）对微观结构提出模型、假设统计方法热现象规律特点：可揭示本质，但受模型局限。一、热力学系统平衡态宏观描述时用以表征系统状态和属性的物理量。1、热力学系统系统：研究对象(有限、宏观)。外界：系统的周围环境。孤立系统：与外界无任何相互作用。封闭系统：与外界交换能量但不交换物质。开放系统：与外界有能量和物质的交换。宏观描述：从整体上对一个系统的状态进行描述的方法。宏观量：第八章气体动理论布郎运动？？？2、物质结构的微观模型宏观物质都是由大量的微观粒子（原子或分子）组成的，分子间有间隙。(1)123Amol100236N.(2)物质内分子都在不停地做无规则的热运动——运动的剧烈程度与物质的冷热程度有关(热运动)。对大量的无规则变化的微观量求统计平均，达到确定的宏观量间的关系。分子间有相互作用力(3))(rf0rRr0d合力斥力引力分子的作用半径：m10R9~分子的有效直径：m10d10~微观描述：从微观粒子的运动状态出发，对系统的状态进行描述。微观量：描述单个微观粒子运动状态的物理量。统计平均方法：两个相互接触的封闭系统均达到平衡态，则二者处于热平衡。3、平衡态4、热平衡在不受外界影响的情况下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。理想化的动态平衡5、描述气体平衡态的参量(状态参量)和状态方程(1)体积V定义：气体分子所能到达的空间所有分子的体积之和。单位：3ml10m133系统处于平衡态时其状态参量间满足的关系。(2)压强P(3)温度T(4)状态方程定义：气体垂直作用于器壁单位表面积的力。单位：)/(2amNPP10013251a5.mmHg760atm1意义：标志系统的冷热程度。用于标志处于热平衡的系统所具有的某种共同的宏观性质（冷热程度）的物理量。二、温度与温标1、温度(1)热力学第零定律：如果两个系统分别与第三个系统的同一平衡态处于热平衡，当这两个系统接触时也必定会处于热平衡。(2)温度：温度的数值表示方法。2、温标(1)温标：绝对零度是不能达到的。)(.KVPPV16273VPPVTT33333(2)理想气体温标玻意耳定律：fPV(冷热程度)定义理想气体温标，使得其温度值与成正比：TPVTPV标准温度：K16273T3.则：(3)摄氏温标)(.C15273Tt3、热力学第三定律(4)除需特别考虑外，分子的重力可以不计。三、理想气体状态方程1、理想气体模型(1)分子本身的线度与分子间的平均距离相比可以忽略不计，单个分子的运动遵守经典力学规律。(2)除了碰撞的一瞬间外，分子之间及分子与器壁间无相互作用。(3)碰撞是完全弹性的。2、理想气体状态方程一定量的理想气体，任意平衡态,),,(TVP标准状态),,(TVP000分子数密度VNn/TTVPv00m0,.vRTTTVPPV000,TVPTPV000普适气体常量11KmolJ318.TVPR00m0,vRTV1PnkTTNRVNARTNNV1A玻耳兹曼常量NRkAKJ1038123/.例1：高度变化较大时，大气温度随高度的变化可近似地取为其中为地面温度，为常量。Ty,yTT0T0(1)求大气压强随高度变化的关系。(2)推出等温气压公式。解：(1)YOPSydydPPG.RTPM,)(dygdPPP.dygdPmkTPmn不是常量(已将大气视作理想气体，单个分子质量，摩尔质量):m:M,)(dyyTRPMg0dyRTPMgdP利用,)(dyyTRMgPdP0y0PP0)/(nlexpTy1RMgPP00(地面气压，视为不变):P0:g(2)等温气压公式即不随高度变化即的情况T0kTmgyP00exp.)(lnxx1lim0xTyRMgPP00expRTMgyP00exp例2：已知：求：KT2730在标准状态下给一气球充氢气，充气毕气球体积为(不计球皮)。3566mV0(1)若原贮氢罐体积为罐中气压为罐与大气始终处于热平衡，则给球充气需多少贮气罐？,1066.532mV,5.12atm(2)设球皮重在的同温层大气中，此气球可以挂多重的东西而不至坠下？C0,8.12kg,1066.532mV,56630mV,8.12kgm,5.12atmP,10atmP.)2(m;)1(n(1)每用一个罐充气，罐里总要残剩一部分氢气。解：利用玻意耳—马略特定律得故870mRTVPH)(000空6.8695.1110000VPPVPn)(000.000VPVnPnPV则(2)气球所受空气浮力gm空gVF空0,000gRTVP空mgFm)(2.667kgHRTVP000作业题：预习内容：复习内容：本讲习题8.3、8.48.2、8.3