2020高中物理竞赛-热学A（联赛版）01平衡态与状态方程：理想气体的微观图像(共12张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 理想气体的微观图像 一、理想气体的微观模型 基本假设 1。理想气体由大量运动的微观粒子组成。每个粒子都是质量为 m 的质点，它的行为服从牛顿运动定律。 大量 例题 一个人呼吸时，若每吐一口气都在一定时间（几十年）均匀混合到大气中，估算另一个人每吸入一口气有多少分子是那人吐出的？ 一口气中的分子数： 单位面积的空气摩尔质量： 大气的总体积： 平均密度： 质点 标准状态下： 比较好的近似 理想气体 2。粒子间无相互作用。粒子至于容器发生碰撞，所有碰撞都是弹性碰撞。 无相互作用 刚球势 弹性碰撞 3。组成理想气体的粒子的运动是完全无序的、各向同性的。 完全无序 体系无宏观运动。 推论：细致平衡原理： 达到平衡态的气体中能实现的任一正向的元过程，必定有一逆元过程与之相平衡。 说明：严格意义上说第三条与第二条矛盾，在实际中无分子间碰撞不可能达到系统的各向同性。但对于稀薄气体，分子间碰撞对平衡态的影响可以忽略不计。 二、理想气体的压强公式 压强：单位时间内作用在单位面积上的冲量的平均值。 冲量：动量的改变量，传递的动量（流）。 计算方法：先求出在t时间内通过面元S的动量，然后对 t和S 求平均，即可确定压强。 在气体中取面元S，取一组速度为 （大小、方向都相同）的粒子，则只有在底面积为S、高为 的柱体内的粒子可以对面元S 施以作用。 传递的总动量 = 每个粒子传递的动量  粒子数。设粒子数密度为 ni， 每个粒子传递的动量 粒子数 元体积内粒子传递的总冲量： 所有粒子对元面积的总冲量： 细致平衡原理： 总冲量： 压强：单位时间内作用在单位面积上的冲量的平均值。 气体粒子速度 X 分量的平方的统计平均值： 则 同样可以得到： 令： 气体速度平方的统计平均值 分析： n: 体系粒子数密度， 单个分子平均动能。 对于非理想气体，系统压强既和分子平均动能有关，也和分子平均势能有关。由于分子势能形式与物质有关，所以没有普适性公式。 系统总粒子数增高 碰撞频率增高 体系压强增高。 粒子平均动能增高 运动速度增高 碰撞频率增高 冲量增高， 三、温度的统计意义与微观本质 理想气体状态方程： 记 则有： 粒子数密度。 波尔兹曼