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气体动理论（一）
热学
一、教学学时数：12学时
二、教学要求：（重点、难点）
1、理解理想气体的压强公式。通过推导气体压强公式，了解从提出模型、进行统计配件、建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。
2、了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。
3、了解M a x w e l l速率分布率及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。了解气体分子热运动的算术平均速率、方均根速率。
4、通过理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。
5、掌握功和热量的概念。理解准静态过程。掌握热力学第一定律。能分析、计算理想气体等融、等亚、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率。
6、了解可逆过程和不可逆过程。了解热力学第二定律及其统计意义。
第六、七章属于热学部分。我们先了解一下热学的研究对象。当物体的温度发生变化时，物体的很多性质（如物体的体积、压强、弹性）随温度而变，与温度有关的物体性质的变化称为热现象。各种物体都是由大量的分子、离子或原子组成。这些分子不停地作无规则地运动——热运动。热现象正是组成物体的分子热运动的结果，即热现象是热运动的体现。热学的研究对象就是热运动的规律以及热运动对物体宏观性质的影响。
第六章前言：
气体动理论的研究方法是以物质的分子、原子结构和分子热运动概念为基础，运用统计的方法解释与揭示物质宏观热现象及其有关规律的本质，并确定宏观量与微观量之间的关系。
我们称分子、原子等为微观客体，每个分子都有一定的质量且它们在运动过程中，每一时刻都具有一定的动量、动能等，这些用来表征个别分子性质和运动状态的物理量称微观量。而由大量分子构成的物体称为宏观物体，如汽缸内的气体，有一定的质量、压强、体积、温度等，这些用来表征宏观物体性质和状态的物理量称为宏观量。
现介绍一下有关统计方法的一般概念：
取汽缸内的气体为研究对象，当宏观状态一定（V
,为一定值）
P.
T
时，它还可以处于不同的微观态，如分子所处的位置不同（假定分子被编入号码的），观测系统的某一物理量Ｍ时,Ｍ的测定值是随着微
观态的改变各次是不一样的
M = N
M N M N B B A A ......++=N N M i i ∑ 其中N A /N 当N →∞时，∞→N lim
N N A 叫做出现A M 的几率。它作为
A 状态发生可能性的量度,用W 1表示。把系统所有可能的几率相加：
W 1 +W 2+W 3+------=∑W i =1，此式称归一化条件。本章我们共讨
论八个问题。
一、 理想气体的状态方程
描述理想气体的状态，需要用状态参量来描述。
1、 状态参量——它是为了描述物体的状态，采用一些表示物体有关特性的物理量。
对于一定量的气体（质量M 一定、摩尔质量mol M 一定）的状态，
一般可用下列三个状态参量表示.
（1） 气体的体积V---它是气体分子所能达到的空间，与气体分子本身体积的总和不同，在国际单位制中，用3m 作单位，题目中有时用升作单位，13m =l 310。
（2） 压强P---它是气体作用在容器器壁单位面积的正压力,是气体分子对器壁碰撞的宏观表现。在SI 单位中，P 的单位用Pa 表示，1Pa =12/m N ，有时用标准大气压：cmHg Pa atm 761001325.115=⨯=
（3） 温度----它的概念比较复杂,它的本质与物质分子运动密切相关。温度的高低微观上反映了分子运动的剧烈程度,宏观上一般用温度表示物体的冷热程度.物理学中,常用的温度分度方法有两种
热力学温标T---K(SI)；摄氏温标t----0C 。它们之间的关系：=T
t
-
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.
2、平衡态和平衡过程
日常经验告诉我们，一定质量的气体在一定容积的容器中，只要它与外界无能量交换，内部也无任何形式的能量转换，但可有能量交换，那么不论气体内各部分的原始温度如何，经相当时间后，终将达到气体内各部分具有相同温度和相同压强且密度均匀的状态。且长期维持这一状态不变。这一状态称气体的平衡态。由此知，当表征气体的一组状态参量V
,各具有一定的量值时，气体处于平
P.
T
衡态。
气体的平衡态有时也称为热动平衡态，因为气体分子的热运动是永不停息的。正是通过分子的热运动和相互碰撞，使原来处于非平衡态的气体最后达到在宏观上表现为气体各部分密度均匀、温度均匀和压强均匀的热动平衡状态。
当气体与外界交换能量时，它的状态就要发生变化，气体从一个状态不断地变化到另一个状态，期间所经历的过渡方式称状态变化过程。若变化过程所经历的所有中间状态均无限接近平衡态，这个过程称准静态过程或平衡过程。显然，这一过程进行的无限缓慢。
3、理想气体的状态方程
表征气体状态的V T
P.
,间存在一定的关系式，这一关系式称气体的状态方程。
中学说过，一般气体，在压强不太大（与大气压相比），温度不
太低（与室温比较）的实验范围内，遵守Boyle-Mariotte 定律、Gay-Lussac 定律、Charles 定律。现把在任何情况下绝对遵守上述三条实验定律的气体称为理想气体。理想气体实际上是不存在的,它只是真实气体的初步近似,即在通常的压强和温度下可近似用这个模型来概括实际气体,且压强愈低,温度愈高,这种概括就愈精确。
理想气体的状态方程可从这三条实验定律导出，描述理想气体状态的三个参量的关系满足：
RT PV μ= （1）
其中μ为摩尔数：0
N N M M mol ==μ，molK T V P R 31.8000==为普适常数，它可由一摩尔理想气体在标准状态下0P 、0V 、0T 的值求得。其中0P =1 atm ;0V
=33104.22m -⨯ ，0T =273.15K
(1)式的使用条件:1）、理想气体 ；2）、平衡态。即当理想气体经历一个非准静态过程中，（1）式不能用。
对(1)式的讨论:
1）由(1)式知，对给定气体，当T 一定时，V P ,的关系在V P -图上是一条等轴双曲线关系,由于V P ,只能取正值,所以只有一条曲线,这条曲线称为理想气体的等温线。
2）V P -图上任一点代表一个平衡态。（因为V P ,一定，由（1）式知，T 也一定，V T P .,为一定值代表一平衡态。）而V P ,图上任意一条曲线代表一个准静态过程。以后还会看到，V P ,图上任意闭合曲线代表一个循环过程。
3）比较V P ,图上任两点温度的高低就是比较这两点V P ,的乘积。
