导图社区 气体动理论与热力学
大学物理之气体动理论与热力学思维导图，包括理想气体的状态方程、理想气体的压强、麦克斯韦气体分子速率分布律、能量均分定理理想气体内能等内容。
大学物理之麦克斯韦电磁理论思维导图，包括法拉第电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、麦克斯韦方程组、自感 互感 磁能等内容。
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气体动理论与热力学
理想气体的状态方程
热现象的本质
大量粒子无规则热运动
气体的状态参量
V体积
宏观：气体所能达到的空间。存储气体的容器的容积。
微观：分子做无规热运动所能达到的空间。
p压强
宏观：气体作用于容器器壁单位面积的正压力
微观：大量分子做无规热运动，对器壁的撞击力
T温度
宏观：物体的冷热程度
微观：大量分子做热运动的剧烈程度
平衡态
宏观：气体的p,V,T不随时间而变化
微观：气体分子仍做热运动——平衡态是动态平衡
不受外界影响是指系统与外界没有质量和能量的交换
平衡态气体的状态可用一组确定的值(p,V,T)表示
p-V图上每一个点表示一个平衡态
判据：系统内部温度均匀、压强均匀
稳恒态可以划分为一系列近似的平衡态
准静态过程
由一系列平衡态构成的过程
p-V图上每一条线表示一个准静态过程
理想气体状态方程
一定质量气体的状态方程
其中一个量是其他两个量的函数
理想气体
温度不太低，压强不太高的气体
严格遵守三个实验定律的气体
玻意耳-马略特定律：
盖吕萨克定律：
查理定律：
理想气体状态方程第一种形式
理想气体状态方程第二种形式
克拉柏龙方程
理想气体状态方程第三种形式
1mol理想气体在等压过程中温度变化1K所作的功
理想气体的压强
分子运动论的基本概念
宏观物体都是由大量的微粒（分子或原子）组成，分子之间存在间隙
分子在不停做无序热运动
分子之间有相互作用力
理想气体的微观假设
关于每个分子力学性质的假设
质点
遵从牛顿力学
除碰撞瞬间，分子间、分子与器壁间（分子力）无相互作用
分子间、分子与器壁间——弹性碰撞
关于分子集体运动的统计假设
平衡态时，每个分子处在容器内空间任意一点的概率完全一样，容器内部任意位置的分子数密度处处相等
平衡态时，每个分子速度指向任何方向的概率是一样的
分子平均平动动能
理想气体的压强公式
不是单纯的力学规律，而是一个统计规律
温度
温度标志物质内部分子无规则运动的剧烈程度
温度也是一个具有统计概念的物理量
在同一温度下，各种气体分子的平均平动动能都一样
常见气体摩尔质量
氧气：32
氦气：4
氢气：2
麦克斯韦气体分子速率分布律
速率分布函数
表示速率在v→v+dv区间的分子数占总分子数的百分比
表示某个分子速率落在v→v+dv区间的概率
归一化条件
在分子速率能够取值的整个速率区间内找到某个分子的概率是100%
气体分子的平均速率
任意物理量g(v)在速率区间的统计平均值
麦克斯韦速率分布定律
最概然速率
平均速率
方均根速率
能量均分定理 理想气体内能
自由度
能量按自由度均分定理
在温度T的平衡状态下，物质分子的每个自由度的平均动能都相等
平均总动能
理想气体的内能
所有分子平动动能+转动动能
是温度的单值函数
功 热量 内能 热力学第一定律
功
引起系统热运动状态的变化
基本特征
有规则动能→无规则动能
功不仅与始末状态有关，也与所经历的过程有关
自由膨胀过程，系统不做功
热量
分子无规则运动能量从高温物体向低温物体传递
热量也是一个过程量
内能
理想气体内能只与温度有关
内能是状态量
热力学第一定律
对于任何宏观系统的任何过程，系统从外界吸收的热量等于系统内能的增加量和系统对外界作功之和
实质：能量转换和守恒定律
分子平均碰撞次数和平均自由程
平均碰撞频率
平均自由程
热力学第二定律
自然过程总是伴随着分子混乱程度或无序程度的增加
可逆过程和不可逆过程
产生不可逆的原因
过程中发生散耗
摩擦、电流是电阻发热、两种流体混合
过程中包含非平衡态到平衡态的过渡
气体自由膨胀
可逆过程
无摩擦的准静态过程
宏观表述
克劳修斯表述
不可能把热量自动的从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化
开尔文表述
不可能制作一种循环动作热机，指从单一热源吸收热量，使其完全变为有用功，而不引起其他的变化
第二类永动机不可能实现
功可以完全转换成热，而热不能完全转换成功
一切与热现象有关的宏观过程都是不可逆的
微观意义
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
熵增加原理
一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的
一切自然过程都是系统从热力学概率小的状态到热力学概率大的状态进行的过程
一切自然过程总是沿着熵增大的方向进行
循环过程
物质系统的状态经过一系列变化后，又回到原来状态的过程叫热力学循环过程
特征：工质复原，内能不变
正（热）循环
沿顺时针方向进行
净功：
工质从外界吸热，并对外做功
逆（制冷）循环
沿逆时针方向进行
外界对工质做功，使系统放出热量
热机
工质从高温热源吸收热量，一部分用于对外做功，一部分向低温热源释放能量
热机效率
在一次循环中，工质对外做的净功占它吸收的热量的比率
气缸压缩比越大，热机效率越高
制冷机
外界对工质做功，工质从低温热源吸热，向高温热源放热
制冷系数
对工质做一份功可从低温热源提取多少份热
卡诺循环
工质只和两个恒温热库交换热量的准静态循环
两热源温差越大，卡诺循环效率越高
热一定律对理想气体在准静态过程中的应用
等体过程
V=const dV=0
过程方程：
功：
热量：
内能变化：
等压过程
p=const dp=0
等温过程
T=const dT=0
等温膨胀，作正功
等温压缩，作负功
等温膨胀吸热
等温压缩放热
热容量
过程量
摩尔热容
使一摩尔物质温度升高1K所吸收的热量，称为该物质的摩尔热容量
物质固有属性
理想气体的C与T无关
理想气体定体摩尔热容
V=const dV=0 dA=0
理想气体定压摩尔热容
p=const
迈耶公式
比热容比
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