高中物理竞赛—热学篇（基础版）18气体动理论（2）(共29张PPT)

2020物理竞赛 气体动理论（2） 7-4 能量均分定理 理想气体内能 7-5 麦克斯韦气体速率分布律 7-6 玻尔兹曼能量分布律 等温气压公式 复 习 气体动理论的基本观点 理想气体的微观模型 理想气体压强公式 理想气体的温度 7－4 能量均分定理 理想气体内能 一、自由度 定义： 确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数目——自由度。 质点的自由度 直线运动 x 一个自由度 i=1 平面运动 x,y 两个自由度 i=2 空间运动 x,y,z 三个自由度 i=3 自由刚体 i=6 3个平动 3个转动 一个坐标q 决定刚体转过的角度 两个独立的a， b 决定转轴空间位置 三个独立的坐标 x,y,z 决定转轴上一点 A(x,y,z) x y z O x y z a b q 刚性杆： x,y,z,α,β i=5 刚体定轴转动： θ i=1 分子的自由度 单原子 i=3 自由质点 双原子 i=5 刚性杆 多原子 i=6 自由刚体 说明：一般来说，n≥3个原子组成的分子，共有3n个自由度，其中3个平动自由度，3个转动自由度，(3n-6)个振动自由度。当气体处于低温状态时，可把分子视为刚体。 x y z a b q A(x,y,z) 一个分子的平均平动能为 二、能量均分定理： 结论：分子的每一个平动自由度上具有相同的平均平动动能，都是kT/2 ，或者说分子的平均平动动能3kT/2是均匀地分配在分子的每一个自由度上 平方项的平均值 平动自由度 能量按自由度均分定理： 说明： 是统计规律，只适用于大量分子组成的系统。 气体分子无规则碰撞的结果。 统计物理可给出严格证明。 推广：在温度为T 的平衡态下，分子的每一个转动自由度上也具有相同的平均动能，大小也为kT/2。 在温度为T的平衡态下，气体分子每个自由度的平均动能都相等，都等于kT/2。这就是能量按自由度均分定理，简称能量均分定理。 单原子分子 i=3 εk=3kT/2 双原子分子 i=5 εk=5kT/2 多原子分子 i=6 εk=6kT/2 热力学系统的内能 热力学系统的内能是指气体分子各种形态的动能与势能的总和。即系统所包含的全部分子的能量总和称为系统的内能。 三、理想气体的内能