第1章理想气体状态方程

1热学B2目录概述第1章理想气体状态方程第2章分子动理论第3章热力学第一定律第4章热力学第二定律3概述一、热学的研究对象•冷热---温度•与温度有关的物理规律•热学的意义：1)大量存在2)能量转化对象的特征：大量无规运动的粒子组成超人与宇宙同时出生(150亿年前)每秒数10个分子数到现在才数了mol1074地球上全部大气约有1044个分子一个人每次呼吸气体大约是1022个分子比值接近1个摩尔的数值有什么关系吗？5二、研究热现象的两大分支1.热力学宏观实验能量可靠2.统计物理微观理论模型相辅相成、相互补充普物的任务开门、见识物理的绿洲经典粒子量子粒子牛顿力学规律量子力学规律先经典、后量子概念、方法相通6•统计物理的基本思想宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子进行无规运动的一些微观量的统计平均值宏观量实测的物理量如PTE等微观量组成系统的粒子(分子、原子、或其它)的质量、动量、能量等等无法直接测量的量第一气体分子系统的统计分布7解决问题的一般思路•从单个粒子的行为出发•大量粒子的行为---统计规律统计的方法模式：假设结论验证修正理论例如：微观认为宏观量P是大量粒子碰壁的平均作用力先看一个碰一次tiIifdd再看集体AfPii8统计方法：一个粒子的多次行为多个粒子的一次行为结果相同如：掷硬币看正反面出现的比例比例接近1/2统计规律性：•大量随机事件从整体上表现出来的规律性量必须很大(魔术师)•统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示）9分布曲线飞镖10xxΔ小球落入其中一.......................................................................................................................................分布服从统计规律大量小球在空间的格是一个偶然事件小球数按空间位置x分布曲线伽耳顿板演示1112什么叫统计规律？在一定的宏观条件下大量偶然事件在整体上表现出确定的规律统计规律必然伴随着涨落什么叫涨落？对统计规律的偏离现象涨落有时大有时小有时正有时负例如：伽耳顿板实验中某坐标x附近Δx区间内分子数为ΔN涨落的幅度：NΔ13涨落的百分比：NNΔΔ如610ΔN涨落幅度涨落百分比100011000什么概念呢？某次测量落在这个区间的分子数是：100100099900014如果在这个区间的分子数是：1ΔN涨落幅度和涨落百分比%1001结论：分子数愈多涨落的百分比愈小涨落实例：微电流测量时电流的涨落电子器件中的“热噪声”15第二热力学基础从实验归纳总结定律热力学第一定律热力学第二定律基础定律地位：相当于力学中的牛顿定律---能量转化---过程方向性16三、本课程中研究对象的理想特征1.对象理想气体宏观定义：严格遵守气体三定律实际气体理想化：P不太高T不太低微观上也有定义理论框架主体是理想气体1)在理想气体理论基础上加以修正2)经验若高压低温？172.状态平衡态定义：在不受外界影响的条件下对一个孤立系统经过足够长的时间后系统达到一个宏观性质不随时间变化的状态用一组宏观量描述某时的状态11TP22TPTP非平衡态18实际上的处理：1)是否可看作平衡态？足够长2)实在不行---分小块3)远离平衡态--非线性耗散结构本课的主体：平衡态介绍：远离平衡态注意区分平衡态和稳定态恒高温恒低温19每一时刻系统都处于平衡态实际过程的理想化---无限缓慢(准)“无限缓慢”：系统变化的过程时间驰豫时间例1气体的准静态压缩过程时间~1秒3.过程准静态过程s103驰豫时间20例2准静态传热1T热库TT12T非静态过程1T热库TT21TT1热库TnT1TnT11TnTT12准静态过程每一微小过程均是平衡过程21实际过程太迅速了怎么办？1)修正原理论2)更普遍的理论或经验本课介绍•气体分子动理论平衡态下理想气体的状态量与微观量的关系•热力学基础实验的总结---必定涉及过程结论是普适的（对象过程不限）但具体的理论计算必是理气、准静态过程22通过本课程：明确•理论的建立过程•理论的指导作用23第1章理想气体状态方程一、几个基本概念1.温度处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质2.热平衡定律(热力学第零定律)实验表明：若A与C热平衡B与C热平衡则A与B热平衡意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的特征---它们的温度相同24二、理想气体状态方程RTμMPVM--质量--mol质量V--理气活动空间J/K.mol31.8RR--普适气体恒量第零定律不仅给出了温度的概念而且指出了判别温度是否相同的方法25RTμMPV常用形式系统内有N个分子每个分子质量mNmMmNAmol10023623/.NATNRVNPAnkTP常用形式26RTμMPVnkTPVNnANRk分子数密度mol10023623/.NAJ/K1038123.kJ/K.mol318.R玻耳兹曼常数理想气体状态方程27热力学系统由大量粒子组成1)标况KT273a5P10013.1atm1PkTPn2731038.110013.1235325m10692/.十亿亿亿282)高真空mmHg1013PKT273kTPn2731038.176010013.1102351339m10543/.十亿大量、无规统计方法数学基础---概率论291.理气状态方程nkTPRTMPVRTPV2.不漏气系统各状态的关系CTPV讨论303.P-V图TVP..TVP..通常还画P-T、P-VT-V、T–E图PVPV图上一个点代表一个平衡态一条线代表一个准静态过程第1章结束