热力学系统的平衡态及状态方程习题省名师优质课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。谢谢,第一章,热力学系统的平衡态及状态方程,第1页,1,主要内容,1-1.,物质结构基本图像,1-2.,热力学系统及其状态参量,1-3.,平衡态概念,1-4.,温度与温标,1-5.,状态方程普通讨论,1-6.,气体状态方程,第2页,2,1-1.,物质结构基本图像,一,.,物质由分子、原子等微观粒子组成，,微观粒子,之间存在一定空隙；,二,.,物质分子处于永不停顿无规则状态运动,；,分子运动论基本概念,:,三,.,分子之间存在相互作用,斥力,引力,(,分子力与分子间距离关系,),一切宏观物体都是由大量分子组成，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用分子力。,第3页,3,1-2.,热力学系统及其状态参量,一,.,热力学,系统分类,1.,依据,系统与外界关系,：开放系统；封闭系统；孤立系统；绝热系统,2.,依据,系统组成成份,：单元系统；多元系统,3.,依据,系统组成均匀性,：单相系统；复相系统,二,.,状态量与过程量,用来确定系统状态物理量,称为系统,状态,(,参,),量,。,系统状态参量：体积,(V);,压强,(p);,温度,(T),电磁学基本物理量,(,如,P,、,M,),；,假如物理量受到系统到达某一状态前过程影响，,(,随不一样过程而异,),，则是,过程量,。如,A,，,Q,等,第4页,4,1-3.,平衡态概念,一,.,平衡态,在没有外界影响情况下，系统各部分宏观性质在长时间内不发生改变状态。,不受外界影响,系统必到达,平衡,(,状,),态,；,系统,宏观状态参量,不随,时间,改变,;,系统内,微观热运动,到达,最无序,状态,.,二,.,平衡态性质,若两系统发生热接触后能继续处于原来平衡态而不发生改变,则称这两个系统处于,热平衡,.,三,.,系统间热平衡,第5页,5,一,.,热力学第零定律,(,温度相同判定标准,),设,A,系统和,B,系统、,B,系统和,C,系统分别热平衡，则,A,系统和,C,系统一定热平衡。,宏观上：,物体冷热程度；,微观上：,反应物质内部分子运动猛烈程度；,温度：,1-4.,温度与温标,与,分子热运动猛烈程度,相关物理量。,二,.,温标,温标：,温度,(,高低数值标定,),数值,表示方法。,温标三要素：,测温物质、测温属性、固定标准点,第6页,6,1-5.,状态方程普通讨论,一,.,状态方程基本概念,V,P,T,是常见描述系统宏观状态及性质状态参量,平衡态热力学系统状态参量之间函数关系：,热力学系统状态方程,简称,状态方程,态函数,：可由独立改变状态参量完全确定状态参量或其它物理量,.,如,p,-,V,-,T,三维曲面,不便观察分析,.,通常投影成,p,-,V,图,p,-,T,图，,V,-,T,图。,普通是不独立,第7页,7,二,.,描述物质状态改变性质物理量,依据测量可行性，引入以下物理量描述热力学系统状态改变基本性质,.,(1),体膨胀系数,:,(2),等温压缩系数,:,(3),等体压强系数,:,能够证实：,中只有两个能够独立改变。,即,第8页,8,一,.,理想气体,理想模型，宏观特征：,严格恪守,Bolye,定律,、,Charles,定律,、,Gay-Lussac,定律,，且其压强温度系数和体膨胀系数严格相等。,温度越高、压强越低，近似越好,或：,严格恪守,Clapeyron,方程气体,实际气体多数情况下可近似为理想气体，,1-6.,气体状态方程,第9页,9,二,.,理想气体状态方程,混合气体时：,表观摩尔质量,:,气体系统处于平衡态时，可用,P,、,V,、,T,之间函数关系表示，称为,状态方程,压强不太大，温度不太低时，气体遵从,理想气体状态方程,(Clapeyron,方程,):,第10页,10,Dalton,分压定律,混合气体总压强等于各气体分压强之和。,即,混合气体总摩尔数,理想气体状态方程,另外，混合气体各组分含有相同压强，,依然成立。,第11页,11,=,单位时间,内大量气体分子对于,单位面积,器壁冲量,.,气体压强,：是,大量气体分子碰撞器壁平均效果,2.,理想气体压强公式,压强公式推导,:,V,系统,:,如图,一个质量,m,、,速度为,分子与面元,ds,碰撞中给,ds,冲量,为,v,ix,dt,x,ds,dt,时间内 分子对,ds,冲量,为,dt,时间内与面元,d,s,相碰速度为,分子数,：,Fdt,pdsdt,x,ds,第12页,12,令 表示,分子平均平动动能,理想气体压强公式,：,检验,:,压强公式,+,速率分布律,理想气体状态方程,道尔顿分压定律,：,第13页,13,（即,气体分子平均动能与温度关系）,微观,:,温度只与气体分子平均,平动,动能相关,.,或：温度表征,物体内部分子无序运动猛烈程度,。,是,统计规律,只能用于大量分子组成系统。,温度相同而种类不一样,(,不一样,),理想气体分子都含有,相同,平均平动动能,.,或,3.,温度本质,由理想气体状态方程,，其压强可表为,与,比较，得,其中,R,=,N,A,k,B,n=,N,A,/V,第14页,14,1,、在一密闭容器中，储有,A,、,B,、,C,三种理想气体，处于平衡状态,A,种气体分子数密度为,n,1,，它产生压强为,p,1,，,B,种气体分子数密度为,2,n,1,，,C,种气体分子数密度为,3,n,1,，则混合气体压强,p,为,(A)3,p,1,(B)4,p,1,(C)5,p,1,(D)6,p,1,D,第15页,15,2,、两瓶不一样种类理想气体，它们温度和压强都相同，但体积不一样，则单位体积内气体分子数,n,，单位体积内气体分子总平动动能,(,E,K,/,V,),，单位体积内气体质量,r,，分别有以下关系：,(A),n,不一样，,(,E,K,/,V,),不一样，,r,不一样,(B),n,不一样，,(,E,K,/,V,),不一样，,r,相同,(C),n,相同，,(,E,K,/,V,),相同，,r,不一样,(D),n,相同，,(,E,K,/,V,),相同，,r,相同,C,第16页,16,3,已知一容器内理想气体在温度为,273 K,、压强为,1.010,-2,atm,时，其密度为,1.2410,-2,kg/m,3,，则该气体摩尔质量,M,mol,_,；容器单位体积内分子总平动动能,_,(,普适气体常量,R,8.31 Jmol-1K-1),2810,-3,kg/mol,1.510,3,J,第17页,17,4.,若理想气体体积为,V,，压强为,p,，温度为,T,，每个分子质量为,m,，,R,为摩尔气体常数，,k,为玻耳兹曼常量，则该理想气体总分子数,N,可表示为,5.,某容器中装有一定量某种,理想,气体，,（,1,）若容器内各部分压强相等，此状态是否一定是平衡态？,（,2,）,若容器内各部分温度相等，此状态是否一定是平衡态？,（,3,）若容器内各部分压强相等，且容器内各部分分子数密度也相等，此状态是否一定是平衡态？,B,（不一定是）,（不一定是）,（一定是）,第18页,18,6.,体积为,V,压强为,p,单原子分子理想气体平均平动动能总和为,C,第19页,19,7.,关于温度意义有以下几个说法，其中正确是,（,1,）气体温度是分子平均平动动能量度。,（,2,）气体温度是大量分子热运动综合表达，含有统计意义。,（,3,）温度高低，反应物质内部分子运动猛烈程度不一样。,（,4,）从微观上看，气体温度表示每个分子冷热程度。,B,第20页,20,8.,一瓶氦气和一瓶氮气质量密度相同，分子平均平动动能相同，它们都处于平衡态，则,（,A,）温度相同，压强相同。,（,B,）温度和压强都不相同。,（,C,）温度相同，但氦气压强大于氮气压强。,（,D,）,温度相同，但氮气压强大于氦气压强,。,C,第21页,21,9,质量相等理想气体氧和氦,分别装在两个容积相等容器内,在温度相同情况下,氧和氦压强之比为,;,氧分子和氦分子平均平动动能之比为,。,第22页,22,10.,容器内盛有密度为,r,单原子理想气体，其压强为,p,，,此气体分子方均根速率为多少？单位体积内气体内,能为多少？,方均根速率必定和内能相关，理想气体分子平均内能,理想气体压强公式,P=nkT,怎样将密度,r,和压强,P,联络起来？,由上式可知,（,1,）,第23页,代入理想气体压强公式：,n,为分子数密度，即单位体积内分子个数。,m,为一个分子,质量。,nm,即为单位体积内气体分子质量，也就是密度,r,。,所以，方均根速率为,第24页,24,（,2,）单位体积内气体内能为多少？,一个分子平均内能为,单位体积内有,n,个分子，内能为,第25页,25,11.,下面给出理想气体几个状态改变关系，指出它们各表示什么等值过程,(1),p,d,V,=(,M,/,M,mol,),R,d,T,表示,_,过程,(2),V,d,p,=(,M,/,M,mol,),R,d,T,表示,_,过程,(3),p,d,V,+,V,d,p,=0,表示,_,过程,等压,等体,等温,第26页,26,12.,有一瓶质量为,M,氢气,(,视作刚性双原子分子理想气体,氢气摩尔质量计为,M,mol,),，温度为,T,，则氢分子平均平动动能为,_,，氢分子平均动能为,_,，该瓶氢气内能为,_,第27页,27,13,、,1 mol,氧气,(,视为刚性双原子分子理想气体,),贮于一氧气瓶中，温度为,27,，这瓶氧气内能为,_J,；分子平均平动动能为,_,；分子平均总动能为,_,(,摩尔气体常量,R,=8.31 Jmol-1K-1,玻尔兹曼常量,k,=1.3810-23,K-1,）,6.2310,3,6.2110,-21,1.03510,-20,第28页,28,14.,以下各式所表示能量是：,（,1,）：,；（,2,）：,；,（,3,）：,；（,4,）：,。,（,1,）,分子热运动每一个自由度对应能量；,（,2,）,自由度为,i,气体分子热运动能量；,（,3,）,1,摩尔理想气体内能；,（,4,）,Mkg,理想气体内能。,第29页,29,15.,一定量理想气体贮于某一容器中，温度为,T,，气体分子质量为,m,依据理想气体分子模型和统计假设，分子速度在,x,方向分量平均值,(A),(C),(B),(D),第30页,30,16.,设容器内盛有质量为,M,1,和质量为,M,2,两种不一样单原子分子理想气体，并处于平衡态，,其内能均为,E,则此两种气体分子平均速率之比为,第31页,31,