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1、第十二章 气体动理论 Kinetic theory of gases,12-1 平衡态 理想气体状态方程 Equilibrium state State equation of ideal gas 热力学第零定律 Zeroth law of thermodynamics12-2 物质的微观模型 统计规律性 Microscopic model of the matter Statistical law12-3 理想气体的压强公式 Pressure equation of ideal gas12-4 理想气体分子的平均平动动能与 温度的关系 The relationship of temperat
2、ure and mean translation kinetic energy of ideal gas molecule,第十二章 气体动理论 Kinetic theory of gases,12-5 能量均分定理 理想气体内能 Equipartition theorem of energy Internal energy of ideal gas12-6 麦克斯韦气体分子速率分布定律 The Maxwell distribution law of speed of gas molecule 12-7 玻耳兹曼能量分布定律 The Boltzmann distribution law12-8
3、 分子平均碰撞次数和平均自由程 Mean collision times and mean free path of molecular,12-1 平衡态 理想气体状态方程 热力学第零定律,一、气体的状态参量,1.状态参量（State parameter）描述系统状态的变量称为状态参量。状态参量分为宏观量与微观量。2.宏观量（macroscopic variable）从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。(1)广延量如:质量M、体积V 等,可以累加。(2)强度量如:压强P、温度T 等，不可累加。,3.微观量（microcosmic variable）描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质
4、量m、直径 d、速度v、能量 等。4.宏观量和微观量的关系 宏观量与微观量有一定的内在联系。气体是一个宏观的热力学系统。组成气体的分子或原子都是微观粒子，它们构成了很多不同的微观状态。即宏观的热力学系统包含了大量不同的微观状态。例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。,5.气体的状态参量（State parameter of gas）对于一定质量(M)的气体，它的状态一般可以用下列三个量来表示。(1)气体所占的体积V 是气体分子所能达到的空间,与气体分子本身体积的总和是完全不同的；(2)压强P 气体作用在容器壁单位面积上的指向器壁的垂直作用力，是气体
5、分子对器壁碰撞的宏观表现；,(3)温度T 与物质分子运动密切相关，温度的不同反映物质内部分子运动剧烈程度的不同。6.状态参量描述的状态 只有平衡态才可用状态参量来描述，否则，非平衡态中的各个状态参量都在不断变化，无法用统一的参量来描述系统的状态。我们主要研究平衡态的热学规律。,二、理想气体状态方程 State equation of ideal gas,1.理想气体 在任何条件下都严格遵守三条实验定律(波义耳定律、盖吕萨克定律和查理定律)的气体，称为理想气体。是一种理想化的物理模型。2.实际气体 压强不太大(与大气压相比)，温度不太低(与室温相比)的条件下,可近似地看成理想气体。3.气体的状态
6、方程 反映气体的压强、体积和温度之间的关系式称为气体的状态方程。,v气体的摩尔数；摩尔质量，R摩尔气体常量，R=8.31J/molK。,4.理想气体的状态方程,5.理想气体的等温线 当气体的温度一定，P、V 之间的关系曲线称为理想气体的等温线。是一条等轴的双曲线。,三、热力学第零定律,1.热力学系统(Thermodynamics system)在热力学中，一般把所研究的物体或物体组称为热力学系统，简称为系统。2.外界 热力学系统以外的物体称为外界。3.热力学系统的分类(1)孤立系统 与外界没有任何联系(即没有任何能量或物质的交换，或者联系微弱，影响可以忽略不计)的热力学系统称为:孤立系统。,(
7、2)封闭系统 与外界只有能量的交换而没有物质的交换的热力学系统称为:封闭系统。(3)开放系统 与外界既有能量交换又有物质交换的热力学系统称为:开放系统。4.热力学的平衡态(1)热力学的平衡状态 一个孤立的热力学系统，无论其初始的情况多么复杂，只要经过足够长的时间，系统都会达到某种特定的状态，在这种状态下孤立系统的宏观性质(温度、压强、体积)在长时间内不会发生任何变化。这种状态称为热力学的平衡状态。,(2)热动平衡 热力学的平衡状态又称为热动平衡。因为组成系统的分子或原子仍在作永不停息的热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。宏观上表现为平衡态。5.热力学的平
8、衡态的特点(1)系统的宏观性质(温度、压强等)不随时间变化。(2)组成系统的分子或原子在平衡态时仍然处在不停的 运动中。(3)不同的热力学平衡系统，具有不同的宏观物理性质(温度、压强等)。,6.热平衡与平衡过程(1)绝热和透热 如果被某器壁隔开的两个热力学系统之间，在不发生物质交换和力的相互作用的前提下，两个系统的状态可以独立的变化，称这两个系统之间是绝热的，否则就是透热的。(2)热接触 两个通过透热物体(透热壁)而相互接触的系统称为热接触。(3)热平衡(系统之间的热平衡),(4)平衡过程 从一个状态到另一个状态的变化过程如果进展的十分缓慢，所经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这个过程就称
9、为平衡过程，又称准静态过程。(5)实际过程 在实际问题中，除了一些进行极快的过程(如爆炸过程)外，大多数情况下都可把实际过程近似看成是准静态过程。,7.热平衡定律(热力学第零定律)同时与第三个系统达到热平衡的两个系统也必处于热平衡状态之中。这一经验规律称为热平衡定律，也称为热力学第零定律。热平衡定律是热力学中的一条重要的基本规律。,如果A 和C 处于热平衡状态,B 和C 也处于热平衡状态,则A 和B 也处于热平衡状态,8.温度 根据热平衡定律可以证明：热力学系统存在一个可以由系统状态决定的函数，对于处于热平衡条件下的两个热力学系统，该函数值相等。这个由系统状态所决定的函数被称为温度。从热力学的角度讲：温度是可以用来标志两个热力学系统是否达到热平衡的物理量。9.温标 在热力学中，把温度的数值表示法称为温标。,
