授課教師XXX第八章氣體動(dòng)理論第一節(jié)平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程第二節(jié)理想氣體壓強(qiáng)溫度第三節(jié)能量均分定理理想氣體內(nèi)能第八章氣體動(dòng)理論8.1平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程理解氣體狀態(tài)參量和平衡態(tài)的概念和含義。掌握理想氣體物態(tài)方程，學(xué)會(huì)用理想氣體物態(tài)方程求解氣體狀態(tài)變化問(wèn)題。了解理想氣體物態(tài)方程在工程中的應(yīng)用。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問(wèn)題火箭推動(dòng)器如何工作呢？一、氣體的狀態(tài)參量

研究對(duì)象

熱運(yùn)動(dòng):

構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不休止的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng).

熱現(xiàn)象:與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化.研究對(duì)象特征

單個(gè)分子:無(wú)序、具有偶然性、遵循力學(xué)規(guī)律.整體(大量分子):服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律.一、氣體的狀態(tài)參量

宏觀量:表示大量分子集體特征的物理量(可直接測(cè)量)，如p，V，T

等.

微觀量:

描述個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量(不可直接測(cè)量)，如分子的m

，等.宏觀量微觀量統(tǒng)計(jì)平均

研究方法1

熱力學(xué)——宏觀描述2

氣體動(dòng)理論——微觀描述一、氣體的狀態(tài)參量

3、溫度（T）：是物體冷熱程度的數(shù)值表示。SI單位是開爾文，

符號(hào)K

.狀態(tài)參量：描述系統(tǒng)宏觀性質(zhì)（熱學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、電磁等）的宏觀量。氣體的狀態(tài)參量：

熱力學(xué)溫度與攝氏溫度換算：二、平衡態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)平衡態(tài)非平衡態(tài)

一定量的氣體，在不受外界的影響下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡態(tài).

平衡態(tài)真空膨脹二、平衡態(tài)PV0

狀態(tài)圖（P-V）

一定量的氣體，在不受外界的影響下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的.平衡態(tài)的特點(diǎn)(1)單一性(p，T

處處相等)；(2)物態(tài)的穩(wěn)定性——與時(shí)間無(wú)關(guān)；(3)自發(fā)過(guò)程的終點(diǎn)；(4)熱動(dòng)平衡(有別于力平衡).三、理想氣體物態(tài)方程

物態(tài)方程:理想氣體平衡態(tài)宏觀參量間的函數(shù)關(guān)系.理想氣體宏觀定義:遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體.對(duì)一定質(zhì)量的同種氣體理想氣體物態(tài)方程一三、理想氣體物態(tài)方程

m

系統(tǒng)總質(zhì)量，摩爾質(zhì)量，單個(gè)分子n=N/V，為氣體分子數(shù)密度.理想氣體物態(tài)方程二

知識(shí)拓展理想氣體狀態(tài)方程在工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用1.通過(guò)測(cè)量氣體的體積、溫度和壓強(qiáng)，可以利用理想氣體的狀態(tài)方程計(jì)算出氣體的其他參數(shù)，這在工業(yè)生產(chǎn)中的較為常見。2.利用理想氣體物態(tài)方程還可以檢測(cè)成品型容器的密封性，例如香水瓶和草坪燈。3.

氣體流量的精確測(cè)量、泄漏檢測(cè)的高效定位、氣體充填的精確控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確分析、發(fā)動(dòng)機(jī)性能的嚴(yán)格測(cè)試、氣體存儲(chǔ)與運(yùn)輸?shù)陌踩O(jiān)控，以及化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的精細(xì)調(diào)控等方面都有應(yīng)用。1.氣體的狀態(tài)參量：體積、壓強(qiáng)、溫度2.平衡態(tài)：在沒(méi)有外界影響的條件下，熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量p、V、T不變的狀態(tài)。

感謝【查閱資料】通過(guò)查閱資料，了解測(cè)量氣體體積和溫度的方法。第八章氣體動(dòng)理論第一節(jié)平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程第二節(jié)理想氣體壓強(qiáng)溫度第三節(jié)能量均分定理理想氣體內(nèi)能第八章氣體動(dòng)理論8.2理想氣體壓強(qiáng)溫度理解理想氣體的模型。理解理想氣體壓強(qiáng)和溫度公式的推導(dǎo)。了解理想氣體的壓強(qiáng)和溫度在工程中的應(yīng)用。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問(wèn)題煤氣罐為什么會(huì)引起爆炸事故呢？應(yīng)如何預(yù)防呢？1.2.3.4.一、理想氣體的模型

（2）除碰撞瞬間,分子間無(wú)相互作用力；一、理想氣體的微觀模型

（4）分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律.

（3）彈性質(zhì)點(diǎn)（碰撞均為完全彈性碰撞；1.2.3.4.二、理想氣體的壓強(qiáng)

設(shè)邊長(zhǎng)分別為x、y

及z的長(zhǎng)方體中有N

個(gè)全同的質(zhì)量為m

的氣體分子，計(jì)算

壁面所受壓強(qiáng).二、理想氣體的壓強(qiáng)2.熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)規(guī)律（平衡態(tài)）（1）分子按位置的分布是均勻的.

大量分子碰撞的總效果：恒定的、持續(xù)的力的作用.

單個(gè)分子碰撞特性：偶然性、不連續(xù)性.（2）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等.各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子運(yùn)動(dòng)速度二、理想氣體的壓強(qiáng)

方向速度平方的平均值2.3.4.分子施于器壁的沖量:x方向動(dòng)量變化:

單個(gè)分子遵循力學(xué)規(guī)律.單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的沖量:兩次碰撞間隔時(shí)間:單位時(shí)間碰撞次數(shù):二、理想氣體的壓強(qiáng)1.2.3.

單位時(shí)間N

個(gè)粒子對(duì)器壁總沖量:

大量分子總效應(yīng)器壁

所受平均沖力:氣體壓強(qiáng)統(tǒng)計(jì)規(guī)律分子平均平動(dòng)動(dòng)能氣體壓強(qiáng)公式二、理想氣體的壓強(qiáng)3.

統(tǒng)計(jì)關(guān)系式宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值二、理想氣體的壓強(qiáng)分子平均平動(dòng)動(dòng)能：

宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均理想氣體壓強(qiáng)公式理想氣體物態(tài)方程2.3.4.溫度T

的物理意義

（3）在同一溫度下各種氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能均相等.

（1）溫度是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度.

（2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn).三、理想氣體的溫度2.3.4.

熱運(yùn)動(dòng)與宏觀運(yùn)動(dòng)的區(qū)別：溫度所反映的是分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它和物體的整體運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，物體的整體運(yùn)動(dòng)是其中所有分子的一種有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn).注意例:求

27℃時(shí)某種氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能

知識(shí)拓展氣體的壓強(qiáng)的應(yīng)用1.壓力容器通常由金屬制成，具有高強(qiáng)度和密封性，用于儲(chǔ)存和運(yùn)輸氣體。這些容器中的壓強(qiáng)可以通過(guò)壓力表進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，確保容器的運(yùn)行安全。2.液化氣體，如家庭使用的液化石油氣是經(jīng)過(guò)壓縮和冷卻后轉(zhuǎn)化得到的，具有高能量密度，便于儲(chǔ)存運(yùn)輸，廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)和能源等領(lǐng)域其壓強(qiáng)需要通過(guò)儲(chǔ)罐和配套設(shè)備進(jìn)行測(cè)量和控制，以確保安全使用。3.在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制理想氣體的壓強(qiáng)和溫度，可有效管理氣體的灌裝和輸送，確保其安全性和效率。4.汽車輪胎的充氣時(shí)，控制氣體的壓強(qiáng)和溫度對(duì)于確保輪胎的合適充氣量、行駛安全和車輛性能至關(guān)重要。知識(shí)拓展液化氣罐的安全使用液化氣罐爆炸事故屢見不鮮。事故調(diào)查分析顯示，大部分事故都是因?yàn)橐夯瘹庑孤┒鸬娜急鹿省?.液化氣鋼瓶應(yīng)直立使用，避免受猛烈震動(dòng)，不能在陽(yáng)光下暴曬，鋼瓶上不可放置物品；2.使用后，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉灶具開關(guān)和液化氣閥門。一旦發(fā)現(xiàn)漏氣，要立即關(guān)閉液化氣閥門，并迅速打開門窗進(jìn)行通風(fēng)，降低室內(nèi)液化氣濃度；3.嚴(yán)禁一切火種進(jìn)入室內(nèi)，不要開啟或關(guān)閉任何電源開關(guān)，以免產(chǎn)生火花引起火災(zāi)或爆炸；4.迅速撤離到安全地帶，并撥打燃?xì)夤净蛳啦块T的電話報(bào)警；1.理想氣體的模型：

分子本身的大小與分子間平均距離相比，可以忽略不計(jì)；分子間對(duì)相互作用力可以忽略不計(jì)；分子之間的碰撞和分子與器壁間的碰撞可以看做完全彈性碰撞。

感謝【查閱資料】通過(guò)查閱資料，了解氣體壓強(qiáng)的應(yīng)用。第八章氣體動(dòng)理論第一節(jié)平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程第二節(jié)理想氣體壓強(qiáng)溫度第三節(jié)能量均分定理理想氣體內(nèi)能第八章氣體動(dòng)理論8.3能量均分定理理想氣體內(nèi)能理解自由度和能量均分定理的概念。掌握理想氣體的內(nèi)能，學(xué)會(huì)計(jì)算理想氣體的內(nèi)能。了解理想氣體的內(nèi)能在工程中的應(yīng)用學(xué)

習(xí)

要

求情境與問(wèn)題二氧化碳滅火器的工作原理1.2.3.4.一、自由度一、氣體分子的自由度（Degreeoffreedom）自由度：確定物體空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目。平動(dòng)自由度

t轉(zhuǎn)動(dòng)自由度r

振動(dòng)自由度s分子自由度：確定分子在空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目。1、單原子分子的自由度(如He)3個(gè)平動(dòng)自由度，用i=t=3

表示。總自由度i=t+r+s2.3.4.2、剛性雙原子分子的自由度(如H2)質(zhì)心平動(dòng)自由度：t=3兩原子連線定位：所以只有兩個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，表示為r=2。剛性雙原子分子總自由度數(shù)：i=t+r=3+2=5一、自由度1.4.3、剛性三原子分子的自由度(如H2O)i=3+3=63個(gè)平動(dòng)自由度，3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，4、剛性多原子（三個(gè)以上）組成的分子的總自由度數(shù)同剛性三原子分子注：在本章中我們只討論剛性分子,即不討論振動(dòng)自由度.一、自由度1.2.3.4.剛性分子的自由度i單原子分子雙原子分子多原子分子一、自由度自由度轉(zhuǎn)動(dòng)平動(dòng)單原子分子303雙原子分子523三原子(多原子)分子6332.3.4.1、推導(dǎo)即分子在每一個(gè)自由度上均分能量為自由度分子能量中獨(dú)立的速度二次方項(xiàng)數(shù)目叫做分子能量自由度的數(shù)目,二、能量均分定理1.2.4.為什么均分到各自由度所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)能量都是kT/2呢？主要是分子不斷碰撞以達(dá)到平衡態(tài)的結(jié)果。分子的平均總動(dòng)能氣體處于平衡態(tài)時(shí)，分子任何一個(gè)自由度的平均能量都相等，均為2、能量均分原理二、能量均分定理1、內(nèi)能氣體分子各種形式能量的總和。2、理想氣體的內(nèi)能表達(dá)式理想氣體的內(nèi)能是所有分子的動(dòng)能之和。剛性分子,不考慮分子間相互作用一摩爾理想氣體的內(nèi)能三、理想氣體內(nèi)能1摩爾不同氣體分子的內(nèi)能：?jiǎn)卧臃肿託怏w，雙原子剛性分子氣體，多原子剛性分子氣體，m’千克理想氣體的內(nèi)能：（物質(zhì)的量）結(jié)論：內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)。當(dāng)溫度改變

時(shí)，內(nèi)能改變?nèi)?、理想氣體內(nèi)能

知識(shí)拓展氣體動(dòng)理論的應(yīng)用1.真空輸運(yùn)、吸引及起吊設(shè)備，都是利用真空與大氣空間存在壓力差所產(chǎn)生的力來(lái)做功的。2.這些真空設(shè)備大多用在吸魚