《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第五章 气体动理论 5-1 热运动的描述、理想气体模型和物态方程

§5-1热运动的描述 理想气体模型和状态方程 一、状态参量 1.宏观量—状态参量 平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。 如压强p、体积V、温度T等。 2.微观量 描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如分子 的质量、直径、速度、动量、能量等。 微观量与宏观量有一定的内在联系。 让元子文返回退此

上页 下页 返回 退出 一、状态参量 1. 宏观量——状态参量 平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。 如压强 p、体积 V、温度 T 等。 2. 微观量 描述系统内个别微观粒子特征的物理量。 如分子 的质量、 直径、速度、动量、能量等。 微观量与宏观量有一定的内在联系。 §5-1 热运动的描述 理想气体模型和状态方程

3温度 表征物体的冷热程度 A 绝热板 初 A、B两体系互不影响各自 达到平衡态 B A 导热板 A、B两体系达到共同的热 态 平衡状态 B A 若A和B、B和C分别热平 衡，则A和C一定热平衡 B (热力学第零定律) 上觉子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 3.温度 表征物体的冷热程度 A、B 两体系互不影响各自 达到平衡态 A、B 两体系达到共同的热 平衡状态 A B 绝热板 初 态 A B 导热板 末 态 A B C 若 A 和 B、B 和 C 分别热平 衡，则 A 和 C 一定热平衡 （热力学第零定律）

处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观 物理性质，这个性质称为温度。 温标：温度的数值表示方法。 华氏温标：1714年荷兰华伦海特建立，以水结冰的温 度为32°F,水沸腾的温度为212°F 摄氏温标：1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立，以冰 的熔点定为0C,水的沸点定为100°℃ 热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔 文建立，与摄氏温度的数值关系为 T/K=t/°C+273 单位为K(开)，称为热力学温度。 元不素道回退埃

上页 下页 返回 退出 处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观 物理性质，这个性质称为温度。 华氏温标：1714年荷兰华伦海特建立，以水结冰的温 度为32°F，水沸腾的温度为212°F 摄氏温标：1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立，以冰 的熔点定为0 °C，水的沸点定为100°C 热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔 文建立，与摄氏温度的数值关系为 T t / K / C 273 = + 单位为K(开)，称为热力学温度。 温标：温度的数值表示方法

二、平衡态 准静态过程 1热力学系统（热力学研究的对象） 大量微观粒子（分子、原子等)组成的宏观物体。 外界：热力学系统以外的物体。 系统分类（按系统与外界交换特点）： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换 平衡态系统 系统分类（按系统所处状态) 非平衡态系统 让美觉返司退此

上页 下页 返回 退出 二、平衡态 准静态过程 1.热力学系统（热力学研究的对象） 大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。 外界：热力学系统以外的物体。 系统分类（按系统与外界交换特点）： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换 系统分类（按系统所处状态） 平衡态系统 非平衡态系统

2.平衡态 平衡态：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质 均匀一致、不随时间变化的状态。 气体状态（p,T)就是指平衡态。 状态1到状态2是一个状态变化的过程。若此 过程足够缓慢，这个过程中每一状态都可近似看作 平衡态。 平衡条件： (1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换， (2)系统的宏观性质不随时间改变。 非平衡态：不具备两个平衡条件之一的系统。 上美子家返可退此

上页 下页 返回 退出 平衡态：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质 均匀一致、不随时间变化的状态。 气体状态（p,V,T）就是指平衡态。 状态１到状态２是一个状态变化的过程。若此 过程足够缓慢，这个过程中每一状态都可近似看作 平衡态。 2.平衡态 平衡条件: (1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换， (2) 系统的宏观性质不随时间改变。 非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统

说明： ·平衡态是一种热动平衡 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，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。 例如：粒子数 箱子假想分成两相同体积的部分， 达到平衡时，两侧粒子有的穿越 界线，但两侧粒子数相同。 ·平衡态是一种理想状态 让美下元返回：退比

上页 下页 返回 退出 箱子假想分成两相同体积的部分， 达到平衡时，两侧粒子有的穿越 界线，但两侧粒子数相同。 例如：粒子数 说明： · 平衡态是一种理想状态 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，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。 · 平衡态是一种热动平衡

3.准静态过程 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一 个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 准静态过程 热力学过程 非静态过程 准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过 程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中 所有中间态为非平衡态的过程。 例：气体 气体 等温 自由 真空 膨胀 膨胀

上页 下页 返回 退出 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一 个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 热力学过程 非静态过程 准静态过程 3.准静态过程 准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过 程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中 所有中间态为非平衡态的过程。 气体 自由 膨胀 例： 气体 等温 膨胀 T

准静态过程和非静态过程 准静态过程 让美觉返司退

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三、理想气体的状态方程 理想气体的p,V,T满足 p L-C 标准状态： p=1.013×103Pa(或N/m2)→1atm T=273.15K →0°C V%ml=22.4×10-3m3/mol 对质量为m的理想气体 py povopo m m R T To To Mmol 让贰下觉返回退

上页 下页 返回 退出 C pV T 理想气体的 p，V，T 满足 = 标准状态： 3 3 0,mol V 22.4 10 m /mol − =  0 T = 273.15K 5 2 0 p =  1.013 10 Pa ( N/m ) 或 1atm 0 C 对质量为m的理想气体 0 0 0 pV p V T T = 0 0,mol 0 mol p m V T M = mol m R M = 三、理想气体的状态方程

其中R=P% =8.31J/mol.K一普适气体常数 To pr. m RT 理想气体状态方程 M ol 根据状态方程，系统的压 强、体积、温度中任两个量一 I(p,V,T) 定就可确定系统的状态，因此 常用p-V图中的一条曲线来表 (p2,',T) 示系统的准静态过程，曲线上 任一点都表示气体的一个平衡 态，这种图叫状态图。 让美下觉返司速此

上页 下页 返回 退出 0 0,mol 0 p V R T = mol m pV RT M = 其中 = 8.31J/molK——普适气体常数 理想气体状态方程 2 2 2 II( , , ) p V T p O 1 1 1 I( , , ) p V T • • V 根据状态方程，系统的压 强、体积、温度中任两个量一 定就可确定系统的状态，因此 常用p-V 图中的一条曲线来表 示系统的准静态过程，曲线上 任一点都表示气体的一个平衡 态，这种图叫状态图