热学第一章精品文稿.ppt
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1、热学第一章第1页,本讲稿共33页例例1.3 试求试求T=273K时氢分子的方均根速率时氢分子的方均根速率vrms及空气及空气 分子的方均根速率分子的方均根速率vrms 解解利用(利用(1.25)式可求出分子的方均根速率)式可求出分子的方均根速率第2页,本讲稿共33页例例1.4在近代物理中常用电子伏特(在近代物理中常用电子伏特(eV)作为能)作为能量单位,试问在多高温度下分子的平均平动动能量单位,试问在多高温度下分子的平均平动动能为为1eV?1K温度的单个分子热运动平均平动能量温度的单个分子热运动平均平动能量相当于多少电子伏特?相当于多少电子伏特?解解 1eV=1.602 10-19 CV(库仑
2、库仑伏特伏特)=1.602 10-19J.由由 1eV=3kT/2 知知 1eV=7.74 103 K 热运动平均平动能量热运动平均平动能量。1K 温度的热运动平均平动能量温度的热运动平均平动能量 =1.2910-4eV第3页,本讲稿共33页 1.绿光波长为绿光波长为5000,试问在标准状态,以绿光波长为,试问在标准状态,以绿光波长为边长的立方体中有多少分子?边长的立方体中有多少分子?2.试计算在试计算在300K的温度下,氢、氧和水银蒸气分子的的温度下,氢、氧和水银蒸气分子的均方根速率和平均平动动能。均方根速率和平均平动动能。第4页,本讲稿共33页3.容器内有氧气,其压强为容器内有氧气,其压强
3、为P=1atm,温度,温度 t=27 C,试求:试求:(1)单位体积中的分子数)单位体积中的分子数 n;(2)氧分子质量)氧分子质量 m;(3)气体密度)气体密度 ;(4)分子间的平均距离)分子间的平均距离 L;第5页,本讲稿共33页4.容器内某理想气体的温度为容器内某理想气体的温度为273K,压强,压强 P=1.00 103,密度为,密度为1.25 g m3,试求:试求:(1)气体分子运动的方均根速率;)气体分子运动的方均根速率;(2)气体的摩尔质量,是何种气体?)气体的摩尔质量,是何种气体?第6页,本讲稿共33页 5.试用范德瓦尔斯方程计算密闭容器内质量为试用范德瓦尔斯方程计算密闭容器内质
4、量为 m=1.10kg 的的 CO2的压强,并将结果与在同一状况下的理想气体的的压强,并将结果与在同一状况下的理想气体的压强进行比较,已知容器压强进行比较,已知容器 V=20.0L,t=13oC。CO2 的的 a、b 值为值为a=3.6 atm L2 mol-2,b=0.043 L mol-1。解解:先求摩尔体积:先求摩尔体积 CO2 的摩尔质量为的摩尔质量为 44g mol-1。由范德瓦尔斯方程得由范德瓦尔斯方程得第7页,本讲稿共33页=PRTVm bVm2aP=8.2110-2 (273+13)0.800-0.0433.6(0.80)2 若当作理想气体计算,则由若当作理想气体计算,则由 1
5、mol 的理的理想气体状态方程想气体状态方程PV=RT=29.4atmP=RTV0.8008.2110-2 286=31.05.6=25.4atm第8页,本讲稿共33页小小 结结一、一、热学的宏观与微观描述方法热学的宏观与微观描述方法A 热力学热力学(thermodynamics):热学的宏观理论,研究宏观物体的热性质热学的宏观理论,研究宏观物体的热性质B 统计物理统计物理(statistical physics):热学的微观理论,用统计的方法阐述宏观物热学的微观理论,用统计的方法阐述宏观物 体的热的性质。体的热的性质。二、平衡态与非平衡态二、平衡态与非平衡态 判别方法判别方法:是否存在热流、
6、粒子流:是否存在热流、粒子流 热力学平衡条件:在外界条件不变的情况下热力学平衡条件:在外界条件不变的情况下,同时满足力学、热学、化学平衡。同时满足力学、热学、化学平衡。第9页,本讲稿共33页三、温度三、温度 1、热力学第零定律、热力学第零定律 在不受外界影响的条件下,两个热力学系统在不受外界影响的条件下,两个热力学系统同时与第三个热力学系统处于热平衡,则两同时与第三个热力学系统处于热平衡,则两个热力学系统也必定处于热平衡。个热力学系统也必定处于热平衡。2、在宏观上,温度是决定一系统是否与其它、在宏观上,温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。一切互为热平衡系统处于热平衡的物理量。一切
7、互为热平衡的系统都具有相同的温度值。的系统都具有相同的温度值。第10页,本讲稿共33页t=T-273.15 定体气体温度计定体气体温度计2、热力学温标、热力学温标1、理想气体温标、理想气体温标 四、温标四、温标3、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标第11页,本讲稿共33页五、物态方程五、物态方程 1、气体实验定律、气体实验定律 玻意耳定律玻意耳定律 P V=C T 不变不变 盖吕萨克定律盖吕萨克定律 V=V0(1+V t)P 不变不变P=P0(1+Pt)V 不变不变 查理定律查理定律第12页,本讲稿共33页2、理想气体物态方程、理想气体物态方程 PV=RT=MRT/Mm
8、ol P1V1/T1=P2V2 /T2 P=P1+P2 +.+Pn =(1+2+.+n)RT/V第13页,本讲稿共33页 2、分子处于不停的热运动、分子处于不停的热运动 扩散、布朗运动、涨落现象扩散、布朗运动、涨落现象 3、分子间存在相互的吸引力与排斥力、分子间存在相互的吸引力与排斥力1、物质由大数分子组成、物质由大数分子组成六、物质的微观模型六、物质的微观模型第14页,本讲稿共33页1.已知空气中几种主要组份的分压百分比是氮已知空气中几种主要组份的分压百分比是氮(N2)78%,氧,氧(O2)21%,氩,氩(Ar)1%,求它们,求它们的质量百分比和空气在标准状态下的密度。的质量百分比和空气在标
9、准状态下的密度。解:解:p=n kT 因温度相同,分压百分比即分子数密度百分因温度相同,分压百分比即分子数密度百分比;因数密度比;因数密度 n=v NA/V,数密度百分比即摩尔数,数密度百分比即摩尔数v百分比。百分比。令令Mmol 为分子量,各组分的质量比例为为分子量,各组分的质量比例为 vN2Mmol,N2:vO2Mmol,O2 :vArMmol,Ar =0.7828 :0.21 32 :0.01 40 即即N2为为75.4%,O2为为23.2%,Ar为为1.4%例例 题题第15页,本讲稿共33页 在标准状态下空气的密度为在标准状态下空气的密度为 =1.29 10-3 g/cm3 =1.29
10、 kg/m3=vN2Mmol,N2+vO2Mmol,O2+vArMmol,Ar 22.4L/mol 0.7828 g+0.2132g+0.0140g 22.4103cm3=第16页,本讲稿共33页2.有一支液体温度计,在标准大气压下放入冰水混合物中的示有一支液体温度计,在标准大气压下放入冰水混合物中的示数为数为 ti=-0.3;放入沸水中的示数为放入沸水中的示数为 ts=101.4。问。问:放放入真实温度为入真实温度为66.9 的沸腾甲醛中的示数是多少?如果测的沸腾甲醛中的示数是多少?如果测温时能估读到温时能估读到 0.1 ,在多大一个测量范围内这支温度计的,在多大一个测量范围内这支温度计的读
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