《理想氣體狀態(tài)方程》PPT課件

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1、1 B 2 目 錄 概 述第 1章 理 想 氣 體 狀 態(tài) 方 程第 2章 分 子 動 理 論第 3章 熱 力 學(xué) 第 一 定 律第 4章 熱 力 學(xué) 第 二 定 律 3 概 述一 、 熱 學(xué) 的 研 究 對 象 冷 熱 - 溫 度與 溫 度 有 關(guān) 的 物 理 規(guī) 律熱 學(xué) 的 意 義 ： 1)大 量 存 在 2)能 量 轉(zhuǎn) 化對 象 的 特 征 ： 大 量 無 規(guī) 運(yùn) 動 的 粒 子 組 成超 人 與 宇 宙 同 時 出 生 (150億 年 前 )每 秒 數(shù) 10個 分 子數(shù) 到 現(xiàn) 在 才 數(shù) 了 mol10 7 4 地 球 上 全 部 大 氣 約 有 1044個 分 子一 個 人 每

2、次 呼 吸 氣 體 大 約 是 1022個 分 子比 值 接 近 1個 摩 爾 的 數(shù) 值有 什 么 關(guān) 系 嗎 ？ 5 二 、 研 究 熱 現(xiàn) 象 的 兩 大 分 支1. 熱 力 學(xué) 宏 觀 實(shí) 驗(yàn) 能 量 可 靠 2. 統(tǒng) 計 物 理微 觀理 論 模 型相 輔 相 成 、 相 互 補(bǔ) 充普 物 的 任 務(wù) 開 門 、 見 識 物 理 的 綠 洲經(jīng) 典 粒 子量 子 粒 子 牛 頓 力 學(xué) 規(guī) 律量 子 力 學(xué) 規(guī) 律 先 經(jīng) 典 、 后 量 子概 念 、 方 法 相 通 6 統(tǒng) 計 物 理 的 基 本 思 想 宏 觀 上 的 一 些 物 理 量 是 組 成 系 統(tǒng) 的 大 量 分 子 進(jìn)

3、行 無 規(guī) 運(yùn) 動 的 一 些 微 觀 量 的 統(tǒng) 計 平 均 值 宏 觀 量 實(shí) 測 的 物 理 量 如 P T E 等 微 觀 量 組 成 系 統(tǒng) 的 粒 子 (分 子 、 原 子 、 或 其 它 ) 的 質(zhì) 量 、 動 量 、 能 量 等 等無 法 直 接 測 量 的 量 第 一 氣 體 分 子 系 統(tǒng) 的 統(tǒng) 計 分 布 7 解 決 問 題 的 一 般 思 路從 單 個 粒 子 的 行 為 出 發(fā)大 量 粒 子 的 行 為 - 統(tǒng) 計 規(guī) 律 統(tǒng) 計 的 方 法模 式 ： 假 設(shè) 結(jié) 論 驗(yàn) 證 修 正 理 論例 如 ： 微 觀 認(rèn) 為 宏 觀 量 P 是 大 量 粒 子 碰 壁 的

4、平 均 作 用 力先 看 一 個碰 一 次 tiIif dd 再 看集 體 AfP i i 8 統(tǒng) 計 方 法 ： 一 個 粒 子 的 多 次 行 為多 個 粒 子 的 一 次 行 為 結(jié) 果 相 同如 ： 擲 硬 幣 看 正 反 面 出 現(xiàn) 的 比 例 比 例 接 近 1/2統(tǒng) 計 規(guī) 律 性 ：大 量 隨 機(jī) 事 件 從 整 體 上 表 現(xiàn) 出 來 的 規(guī) 律 性 量 必 須 很 大 (魔 術(shù) 師 )統(tǒng) 計 規(guī) 律 性 具 有 漲 落 性 質(zhì) (伽 耳 頓 板 演 示 ） 9分 布 曲 線 飛 鏢 10 x x 小 球 落 入 其 中 一 .分 布 服 從 統(tǒng) 計 規(guī) 律大 量 小 球 在

5、 空 間 的格 是 一 個 偶 然 事 件 小 球 數(shù) 按 空 間位 置 x 分 布 曲 線伽 耳 頓 板 演 示 11 12 什 么 叫 統(tǒng) 計 規(guī) 律 ？在 一 定 的 宏 觀 條 件 下 大 量 偶 然 事 件 在 整 體 上表 現(xiàn) 出 確 定 的 規(guī) 律統(tǒng) 計 規(guī) 律 必 然 伴 隨 著 漲 落什 么 叫 漲 落 ？對 統(tǒng) 計 規(guī) 律 的 偏 離 現(xiàn) 象漲 落 有 時 大 有 時 小 有 時 正 有 時 負(fù)例 如 ： 伽 耳 頓 板 實(shí) 驗(yàn) 中 某 坐 標(biāo) x附 近 x區(qū) 間內(nèi) 分 子 數(shù) 為 N 漲 落 的 幅 度 ： N 13 漲 落 的 百 分 比 ： NN如 610 N 漲 落

6、 幅 度漲 落 百 分 比 100011000什 么 概 念 呢 ？某 次 測 量 落 在 這 個 區(qū) 間 的 分 子 數(shù) 是 ： 1001000999000 14 如 果 在 這 個 區(qū) 間 的 分 子 數(shù) 是 ： 1 N漲 落 幅 度和 漲 落 百 分 比 %1001結(jié) 論 ： 分 子 數(shù) 愈 多 漲 落 的 百 分 比 愈 小 漲 落 實(shí) 例 ： 微 電 流 測 量 時 電 流 的 漲 落 電 子 器 件 中 的 “ 熱 噪 聲 ” 15 第 二 熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ)從 實(shí) 驗(yàn) 歸 納 總 結(jié)定 律 熱 力 學(xué) 第 一 定 律熱 力 學(xué) 第 二 定 律基 礎(chǔ) 定 律地 位 ：相 當(dāng) 于 力

7、 學(xué) 中 的 牛 頓 定 律 -能 量 轉(zhuǎn) 化-過 程 方 向 性 16 三 、 本 課 程 中 研 究 對 象 的 理 想 特 征1.對 象 理 想 氣 體 宏 觀 定 義 ：嚴(yán) 格 遵 守 氣 體 三 定 律 實(shí) 際 氣 體 理 想 化 ：P 不 太 高 T 不 太 低 微 觀 上 也 有 定 義理 論 框 架 主 體 是理 想 氣 體1) 在 理 想 氣 體 理 論基 礎(chǔ) 上 加 以 修 正2) 經(jīng) 驗(yàn)若 高 壓 低 溫 ？ 17 2.狀 態(tài) 平 衡 態(tài)定 義 ：在 不 受 外 界 影 響 的 條 件 下 對 一 個 孤 立系 統(tǒng) 經(jīng) 過 足 夠 長 的 時 間 后 系 統(tǒng) 達(dá) 到一 個

8、 宏 觀 性 質(zhì) 不 隨 時 間 變 化 的 狀 態(tài)用 一 組 宏 觀 量 描 述 某 時 的 狀 態(tài) 11 TP 22 TP TP非 平 衡 態(tài) 18 實(shí) 際 上 的 處 理 ：1)是 否 可 看 作 平 衡 態(tài) ？ 足 夠 長2)實(shí) 在 不 行 - 分 小 塊3)遠(yuǎn) 離 平 衡 態(tài) - 非 線 性 耗 散 結(jié) 構(gòu) 本 課 的 主 體 ：平 衡 態(tài)介 紹 ： 遠(yuǎn) 離 平 衡 態(tài)注 意 區(qū) 分 平 衡 態(tài) 和 穩(wěn) 定 態(tài) 恒 高 溫 恒 低 溫 19 l每 一 時 刻 系 統(tǒng) 都 處 于 平 衡 態(tài)l實(shí) 際 過 程 的 理 想 化 -無 限 緩 慢 (準(zhǔn) )l“無 限 緩 慢 ” ： 系 統(tǒng)

9、變 化 的 過 程 時 間 馳 豫 時間例 1 氣 體 的 準(zhǔn) 靜 態(tài) 壓 縮過 程 時 間 1 秒3.過 程 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 s10 3馳 豫時 間 20 例 2 準(zhǔn) 靜 態(tài) 傳 熱 1T熱 庫 TT 1 2T非 靜 態(tài) 過 程1T 熱 庫 TT 21 TT 1 熱 庫 TnT 1 TnT 11 TnTT 12準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 每 一 微 小過 程 均 是平 衡 過 程 21 實(shí) 際 過 程 太 迅 速 了 怎 么 辦 ？ 1)修 正 原 理 論 2)更 普 遍 的 理 論 或 經(jīng) 驗(yàn) 本 課 介 紹 氣 體 分 子 動 理 論 平 衡 態(tài) 下 理 想 氣 體 的 狀 態(tài) 量 與 微

10、觀 量 的 關(guān) 系熱 力 學(xué) 基 礎(chǔ) 實(shí) 驗(yàn) 的 總 結(jié) -必 定 涉 及 過 程 結(jié) 論 是 普 適 的 （ 對 象 過 程 不 限 ） 但 具 體 的 理 論 計 算 必 是 理 氣 、 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 22 通 過 本 課 程 ： 明 確 理 論 的 建 立 過 程 理 論 的 指 導(dǎo) 作 用 23 第 1 章 理 想 氣 體 狀 態(tài) 方 程 一 、 幾 個 基 本 概 念 1.溫 度處 于 熱 平 衡 的 系 統(tǒng) 所 具 有 的 共 同 的 宏 觀 性 質(zhì) 2.熱 平 衡 定 律 (熱 力 學(xué) 第 零 定 律 )實(shí) 驗(yàn) 表 明 ： 若 A與 C熱 平 衡 B與 C熱 平 衡 則 A

11、與 B熱 平 衡意 義 ： 互 為 熱 平 衡 的 物 體 必 然 存 在 一 個 相 同 的 特 征 - 它 們 的 溫 度 相 同 24 二 、 理 想 氣 體 狀 態(tài) 方 程RTMPV M - 質(zhì) 量 - mol 質(zhì) 量V - 理 氣 活 動 空 間J/K.mol31.8RR-普 適 氣 體 恒 量第 零 定 律 不 僅 給 出 了 溫 度 的 概 念 而 且 指 出 了 判 別 溫 度 是 否 相 同 的 方 法 25 RTMPV 常 用 形 式系 統(tǒng) 內(nèi) 有 N個 分 子每 個 分 子 質(zhì) 量 mNmM mN A mol100236 23 /.NA TNRVNP A nkTP常 用

12、形 式 26 RTMPVnkTP VNn ANRk 分 子 數(shù) 密 度 mol100236 23 /.NA J/K10381 23 .k J/K.mol318.R 玻 耳 茲 曼 常 數(shù)理 想 氣 體 狀 態(tài) 方 程 27 熱 力 學(xué) 系 統(tǒng) 由 大 量 粒 子 組 成1) 標(biāo) 況 KT 273 a5P10013.1 atm1 PkTPn 2731038.1 10013.1 23 5 325 m10692 /. 十 億 億 億 28 2) 高 真 空 mmHg10 13P KT 273kTPn 2731038.1760 10013.110 23 513 39 m10543 /. 十 億 大 量 、 無 規(guī) 統(tǒng) 計 方 法 數(shù) 學(xué) 基 礎(chǔ) -概 率 論 29 1.理 氣 狀 態(tài) 方 程nkTP RTMPV RTPV 2.不 漏 氣 系 統(tǒng)各 狀 態(tài) 的 關(guān) 系 CTPV 討 論 30 3. P-V 圖 TVP . TVP .通 常 還 畫 P - T、 P - VT - V 、 T E 圖P VP V 圖 上 一 個 點(diǎn) 代 表 一 個 平 衡 態(tài)一 條 線 代 表 一 個 準(zhǔn) 靜 態(tài) 過 程 第 1章 結(jié) 束