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理想气体的微观模型详解大学物理学

时间:2023-11-05 理论教育 版权反馈
【摘要】:前面给出了从宏观角度描述热力学系统状态的态参量,下面将从微观角度讨论宏观的态参量的本质.气体动理论是从物质的微观结构出发来阐明热现象规律的.它的主要观点如下:宏观物体都是由大量的微观粒子(即分子或原子)所组成,分子或原子具有一定大小和质量;分子或原子处于永不停息的热运动中,热运动的剧烈程度与物体的温度有关;分子或原子之间存在相互作用力,当其相距较远时表现为引力,相距较近时表现为斥力.为了从气体动理

理想气体的微观模型详解大学物理学

前面给出了从宏观角度描述热力学系统状态的态参量,下面将从微观角度讨论宏观的态参量的本质.气体动理论是从物质的微观结构出发来阐明热现象规律的.它的主要观点如下:宏观物体都是由大量的微观粒子(即分子或原子)所组成,分子或原子具有一定大小和质量;分子或原子处于永不停息的热运动中,热运动的剧烈程度与物体的温度有关;分子或原子之间存在相互作用力,当其相距较远时表现为引力,相距较近时表现为斥力.

为了从气体动理论的观点出发,探讨理想气体的宏观热现象,需要建立理想气体的微观结构模型.根据实验现象的归纳和总结,可以对理想气体做如下假设:

(1)气体分子的大小与气体分子之间的平均距离相比要小得多,因此可以略去不计,可将理想气体分子看作质点.

(2)除分子之间的瞬间碰撞以外,可以略去分子之间的相互作用力,因此分子在相继两次碰撞之间做匀速直线运动.

(3)分子间的相互碰撞及分子与器壁的碰撞可以看作完全弹性碰撞.(www.xing528.com)

我们通过以下简单分析来判断以上假设是否合理.

标准状况下单位体积内的分子数为n0=2.69×1025,由此可估算出分子间的平均距离为而一般分子的平衡距离r0数量级约为10-10m,L>10r0,因此分子之间的相互作用可以略去.并且,由于分子之间的距离约为分子本身线度(10-10m)的10 倍,气体分子本身的体积与气体所占体积相比要小很多,因此可以略去理想气体分子大小,把理想气体分子看作质点.因此,前两条是合理的.至于第三条假设,不妨这样设想,如果碰撞是非弹性的,那么每一次碰撞分子动能都有损失,由于分子间碰撞非常频繁,分子的动能损失会很大,经过足够长时间,最终分子的动能将趋于零,这显然和事实不符,因此,第三条假设也是合理的.

从上述理想气体的微观模型可知,理想气体可看作由大量的、本身体积可以略去不计的、彼此间几乎没有任何相互作用且做无规则运动的弹性小球所组成.它是实际气体的一种近似,是一个理想模型.

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