大学物理上 气体动力学理论共41页
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大学物理-气体分子动理论
v
v１ v２ v３ … …
Ｎ ΔＮ１ ΔＮ２ ΔＮ３ … …
速率为 vi 的概率为：
Pi
Ni N
长时间“观测”理想气体分子的速率 v ：
v
0 ~ +∞ 连续分布
速率为 v → v + dv 的概率为：
Pv~vdv
dNv N
0
???
速率分布函数
Pv~vdv
dNv N
f (v)dv
f (v) dNv Ndv
刚性双原子分子的动能
分子动能
平动动能
t x
t y
t z
转动动能
r
r
t x
t y
t z
r
r
1 kT 2
t x
t y
t z
r
r
5 kT 2
温度较高时，双原子气体分子不能看作刚性分子，分子
平均能量更大，因为振动能量也参与能量均分
理想气体分子的平均能量
分子模型 刚性单原子分子 刚性双原子分子 刚性多原子分子
每个分子频繁地发生碰撞，速度也因此不断变化；
二、压强形成的微观解释
单个分子与器壁碰撞 冲力作用瞬间完成，大小、位置具有 偶然性；
大量分子（整个气体系统）与器壁碰撞 气体作用在器壁上是一个持续的、不 变的压力；
压强是气体分子给容器壁冲量的 统计平均量
三、理想气体的压强公式
建立三维直角坐标系 Oxyz
vz i N
气体处于平衡态时，气体分子沿各个方向运动的机会均等。
vx vy vz
气体分子速率平方的平均值
v v1 v2 v3 … …
Ｎ ΔＮ１ ΔＮ２ ΔＮ３ … …
v
大学物理 气体动理论
1、分子的数密度和线度 阿伏伽德罗常数：1 mol 物质所含的分子（或 原子）的数目均相同 。
N A 6.0221367 10 mol
23
1
分子数密度 n ：单位体积内的分子数。
分子质量为： m 1 mol气体的质量为：M=NA m
气体质量密度为： ρ=n m 气体质量为： m'=Nm
4-1 理想气体的微观模型与统计理论
2 2 mvix m N 2 Nm N vix I Ii vix x i 1 x i 1 N i 1 i 1 x Nm 2 vx x N N
y
- mv x mvx
A2 A
v
A
y
z x
7）A面受碰撞力为：
o
F I v Nm x
2 x
z
x
21
4-2 压强、温度与内能公式
4.2.2 温度公式 理想气体的压强公式可写为：
p nkT
n是单位体积中的分子数。 NA是1摩尔气体中 的分子数。 玻尔兹曼常数：
R k 1.38 10 23 J K 1 NA
一、分子的平均平动动能
4-2 压强、温度与内能公式
由p
2 nkT 和 p 3 n k 得分子平均平动动能 ： 1 3 2 k mv k T T 2 2
麦克斯韦速率分布机
第四章 气体动理论
引言
热运动是气 体分子的主要运 动形式，对气体 性质和气体状态 变化起着决定性 的作用。 本章从微观分子的角度研究气体分子运动以及 大量气体分子热运动的宏观表现，指出气体的宏观 状态参量（如压强、温度、内能等）的意义。
2
目录
4-1 理想气体的微观模型与统计理论 4-2 压强、温度与内能公式 4-3 气体分子的速率分布统计规律
N A 6.0221367 10 mol
23
1
分子数密度 n ：单位体积内的分子数。
分子质量为： m 1 mol气体的质量为：M=NA m
气体质量密度为： ρ=n m 气体质量为： m'=Nm
4-1 理想气体的微观模型与统计理论
2 2 mvix m N 2 Nm N vix I Ii vix x i 1 x i 1 N i 1 i 1 x Nm 2 vx x N N
y
- mv x mvx
A2 A
v
A
y
z x
7）A面受碰撞力为：
o
F I v Nm x
2 x
z
x
21
4-2 压强、温度与内能公式
4.2.2 温度公式 理想气体的压强公式可写为：
p nkT
n是单位体积中的分子数。 NA是1摩尔气体中 的分子数。 玻尔兹曼常数：
R k 1.38 10 23 J K 1 NA
一、分子的平均平动动能
4-2 压强、温度与内能公式
由p
2 nkT 和 p 3 n k 得分子平均平动动能 ： 1 3 2 k mv k T T 2 2
麦克斯韦速率分布机
第四章 气体动理论
引言
热运动是气 体分子的主要运 动形式，对气体 性质和气体状态 变化起着决定性 的作用。 本章从微观分子的角度研究气体分子运动以及 大量气体分子热运动的宏观表现，指出气体的宏观 状态参量（如压强、温度、内能等）的意义。
2
目录
4-1 理想气体的微观模型与统计理论 4-2 压强、温度与内能公式 4-3 气体分子的速率分布统计规律
大学物理气体动理论
气体分子之间的相互作用力产生的势能， 由于气体分子之间的距离非常大，因此气 体分子的势能通常可以忽略不计。
分子动理论的基本假设
分子之间无相互作用力
气体分子之间不存在相互作用的力，它们之间只 存在微弱的范德华力。
分子运动速度服从麦克斯韦分布
气体分子的运动速度服从麦克斯韦分布，即它们 的速度大小和方向都是随机的。
分子碰撞的统计规律
分子碰撞的随机性
01
气体分子之间的碰撞是随机的，碰撞事件的发生和结果都是随
机的。
分子碰撞频率
02
单位时间内分子之间的碰撞次数与分子数密度、分子平均速度
和分子碰撞截面有关。
碰撞结果的统计规律
03
碰撞后分子的速度方向和大小的变化遵循一定的统计规律，可
以用概率密度函数来描述。
热现象的统计解释
大学物理气体动理论
• 引言 • 气体动理论的基本概念 • 气体动理论的基本定律 • 气体动理论的统计解释 • 气体动理论的应用 • 结论
01Biblioteka 引言主题简介气体动理论
气体动理论是通过微观角度研究气体 运动状态和变化的学科。它以分子运 动论为基础，探究气体分子运动的规 律和特性。
分子模型
气体动理论中，将气体分子视为弹性 小球，相互之间以及与器壁之间发生 弹性碰撞。通过建立分子模型，可以 更好地理解气体分子的运动特性。
对未来研究的展望
随着科学技术的发展，气体动理 论仍有很大的发展空间和应用前
景。
未来研究可以进一步探索气体分 子间的相互作用和气体在极端条 件下的行为，例如高温、高压或
低温等。
气体动理论与其他领域的交叉研 究也将成为未来的一个重要方向， 例如与计算机模拟、量子力学和
(大学物理课件)气体动理论
—气体压强公式
Ⅲ 温度的统计意义
由
p
2 3
n t
和p nkT
t
3 2
kT ，即T 和t
单值对应
由此给出温度的统计意义 —
T是大量分子热运动平均平动动能的量度。
t
1 2
mv 2
t
3 2
kT
v2 3kT m
3 RT
T，
v 2 称为方均根速率 (root-mean-square
Ⅳ 能量均分定理
2 . 理想气体
宏观上，满足理想气体状态方程的气体 微观假设： （1）大小 — 分子线度<<分子间平均距离； （2）分子力 — 除碰撞的瞬间，在分子之间
分子与器壁之间无作用力； （3）碰撞性质 — 弹性碰撞； （4）服从规律 — 牛顿力学。
二、等概率假设
（1）分子在各处出现的概率相同
ndNNcon.st dV V
dI dIi
(vix0)
1
2 i dIi
i
ni
mv
2 ix
d
t
d
A
（viy和viz可取任意值）
第4步：pd dF Add tdIA i nimvi2x
i
Ni V
mvi2x
V NmN Nivi2xnm v2x
1 nmv 2 3
由分子平均平动动能 t
1 2
mv 2
和p 1nmv2 3
有
p
2 3
n t
v — 振动自由度，
v=1
∴ 总自由度： i = t + r + v = 6
3. 多原子分子 （multi-atomic molecule）
如：H2O，NH3 ，…
《气体动理论》课件
理想气体和非理想气体
理想气体特点
非理想气体行为
介绍理想气体的定义及数学模型， 并讨论实际情况下的限制。
讨论非理想气体的行为和模型， 广泛应用于现实世界中的工作流 程。
气液相变
深入介绍气体液化过程，重点解 析液化温度、压力的变化以及转 化过程对气体状态的影响。
气体的状态方程
1
理想气体状态方程
推导理想气体状态方程，让大家更深刻地认识理想气体。
Brownian运动及其应用
1
Brownian运动的定义
深入解析Brownian运动的概念以及相关特征，探究这一运动常见于哪些实际场 合。
2
Brownian运动在物理、化学和生物学领域中的应用
说明Brownian运动在物理、化学和生物学领域中的具体场合和应用方式。
3
Brownmann分布
深入探究Maxwell-Boltzmann速度分布函数的计 算方法和理论分析。
气体状态参数的统计分布
温度的分布
探究气体温度的分布规律，着重 讲解气体分子运动论的应用。
压强的统计分布
其他参数的分布
讲解气体状态下压强的统计分布 规律，为大家解析气体物理原理。
介绍气体其他状态参数的统计分 布规律，从宏观视角理解气体行 为。
气体动理论
欢迎来到《气体动理论》课件！本次课程将会深度探究气体动力学原理，从 理想气体以及状态方程到分子运动论等方面为大家进行详细讲解。
气体动理论的定义
1 定义
介绍气体动力学的含义，为后续课程奠定基础。
2 分子速度分布
讲解分子运动的速度分布规律，从微观层面理解气体特性。
3 压强与温度的关系
探究压力与温度的关系以及状态方程的推导。
大学普通物理学经典课件——气体动理论
出现的可能性大小 .
归一化条件
i
i
Ni iN
1
§7.2 平衡态 理想气体状态方程 一 气体的物态参量及其单位（宏观量）
1 气体压强 p ：作用于容器壁上
单位面积的正压力（力学描述）.
p,V ,T
单位： 1Pa 1N m2
标准大气压：45纬度海平面处, 0 C 时的大气压.
1atm 1.013 105 Pa
~ 107 m; z ~ 1010次 / s
对于由大 量分子组成的 热力学系统从 微观上加以研 究时，必须用 统计的方法 .
小球在伽 尔顿板中的分 布规律 .
............ ........... ............ ........... ............ ........... ............
2mvix
两次碰撞间隔时间
2x vix
单位时间碰撞次数 vix 2x
单个分子单位时间施于器壁的冲量 mvi2x x
y
A2o
z
- mmvvvxx
x
单个分子单位时间 施于器壁的冲量
A1 y
mvi2x x
大量分子总效应
zx
单位时间 N 个粒子
对器壁总冲量
mvi2x ix
m x
i
vi2x
Nm vi2x x iN
pV m RT M
例1 在水面下深为50.0m的湖底处（温度为4.0 ℃ ）， 有一个体积为1.0×10-5m3的空气泡升到湖面上来，若 湖面的温度为17℃，求气泡到达湖面的体积（取大气 压p0=1.013×105Pa）。
§7.3 理想气体压强公式 一 理想气体的微观模型
1）分子本身的线度比起分子之间的距离小 了很多，以至于可以忽略不计（可视为质点）
气体动力学基本原理
气体动力学基本原理气体动力学是研究气体在运动过程中所遵循的基本原理的学科。
它涉及到气体的压力、体积、温度和流动等方面的问题。
本文将从压力、体积和温度的关系、理想气体状态方程、气体的流动性质以及气体动力学在实际应用中的重要性等方面，探讨气体动力学的基本原理。
气体的压力、体积和温度之间存在着密切的关系。
根据气体分子的运动规律，我们知道气体的压力与分子的撞击力有关。
当气体分子与容器壁碰撞时，会给容器壁施加一个力，从而产生压力。
当气体分子的平均动能增加时，它们的撞击力也会增加，从而导致气体压力的增加。
同时，气体的体积和温度也会对气体的压力产生影响。
根据查理定律，温度越高，气体分子的平均动能也越大，因此气体压力也会增加。
而气体的体积与压力呈反比关系，即体积越小，压力越大；体积越大，压力越小。
这种关系可以用压力-体积定律来描述。
理想气体状态方程是描述气体性质的重要工具。
理想气体状态方程可以表示为P·V=n·R·T，其中P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。
这个方程说明了气体的压力、体积、温度和物质量之间的关系。
当其他条件不变时，气体的压力和温度成正比，体积和温度成正比，体积和压力成反比。
这个方程在研究气体的性质和进行气体计算时非常重要。
气体的流动性质也是气体动力学研究的重要内容。
气体的流动可以分为层流和湍流两种状态。
在层流状态下，气体分子的运动轨迹是有序的，分子之间的相互作用较小，流体呈现出稳定的流速分布。
而在湍流状态下，气体分子的运动轨迹是混乱的，分子之间发生大量的相互作用，流体呈现出剧烈的涡旋和涡流。
气体的流动性质对于工程设计和流体力学等领域具有重要意义，因此研究气体的流动行为是气体动力学的重要内容之一。
气体动力学在实际应用中具有广泛的重要性。
在航空航天、气象学、燃烧学、化学工程等领域，气体动力学的基本原理被广泛应用。
例如，在航空航天领域，研究气体的动力学行为可以帮助我们理解飞行器在高空的飞行特性，从而优化飞行器的设计和性能；在气象学中，气体的流动性质是研究大气运动和天气现象的基础；在燃烧学和化学工程中，气体动力学的原理可以帮助我们理解燃烧过程和反应器的设计。
《气体动力论》课件
《气体动力论》ppt课件
CATALOGUE
目录
气体动力论简介气体动力论的基本原理气体动力论中的重要概念气体动力论中的重要现象气体动力论的实际应用气体动力论的未来发展
气体动力论简介
01
气体动力论的发展经历了多个阶段。
总结词
气体动力论的发展始于17世纪，随着实验技术的发展，人们开始对气体运动进行定量研究。19世纪末，热力学的兴起为气体动力论提供了理论基础。20世纪以来，随着计算机技术和数值模拟方法的进步，气体动力论得到了更广泛的应用和发展。
新技术
智能诊断与预测
利用人工智能技术对气体动力系统进行实时监测和故障诊断，通过数据分析和模式识别预测系统的性能衰减和故障发生，提高系统的可靠性和安全性。
优化设计与仿真
人工智能算法如遗传算法、粒子群算法等可用于优化气体动力系统的设计和性能参数。通过建立高效的数值仿真模型，快速评估不同设计方案的效果，减少实验次数和成本。
气体动力论中的重要现象
04
详细介绍热力学的定义、基本概念和定律，如热力平衡、温度、热量、功和热力学第一、第二定律等。
阐述热力学过程中，如等温、等压、等容等过程的特点和规律，以及热机和制冷机的原理和应用。
热力学过程
热力学基础
Байду номын сангаас
流动的基本性质
解释气体流动的基本概念，如流速、流量、压强、流体静力学等。
气体动力论中的重要概念
03
伯努利定理
在流体力学中，流速增加时，流体压强减小；流速减小时，压强增加。
定理的物理意义
当流体运动时，由于流体内部摩擦力和流体粘性的作用，流体的机械能会不断损失，导致流体的速度减小。同时，由于流体具有压缩性和膨胀性，流体的压强也会发生变化。
CATALOGUE
目录
气体动力论简介气体动力论的基本原理气体动力论中的重要概念气体动力论中的重要现象气体动力论的实际应用气体动力论的未来发展
气体动力论简介
01
气体动力论的发展经历了多个阶段。
总结词
气体动力论的发展始于17世纪，随着实验技术的发展，人们开始对气体运动进行定量研究。19世纪末，热力学的兴起为气体动力论提供了理论基础。20世纪以来，随着计算机技术和数值模拟方法的进步，气体动力论得到了更广泛的应用和发展。
新技术
智能诊断与预测
利用人工智能技术对气体动力系统进行实时监测和故障诊断，通过数据分析和模式识别预测系统的性能衰减和故障发生，提高系统的可靠性和安全性。
优化设计与仿真
人工智能算法如遗传算法、粒子群算法等可用于优化气体动力系统的设计和性能参数。通过建立高效的数值仿真模型，快速评估不同设计方案的效果，减少实验次数和成本。
气体动力论中的重要现象
04
详细介绍热力学的定义、基本概念和定律，如热力平衡、温度、热量、功和热力学第一、第二定律等。
阐述热力学过程中，如等温、等压、等容等过程的特点和规律，以及热机和制冷机的原理和应用。
热力学过程
热力学基础
Байду номын сангаас
流动的基本性质
解释气体流动的基本概念，如流速、流量、压强、流体静力学等。
气体动力论中的重要概念
03
伯努利定理
在流体力学中，流速增加时，流体压强减小；流速减小时，压强增加。
定理的物理意义
当流体运动时，由于流体内部摩擦力和流体粘性的作用，流体的机械能会不断损失，导致流体的速度减小。同时，由于流体具有压缩性和膨胀性，流体的压强也会发生变化。