医用物理学07分子动理论.ppt

第七章 分子动理论 1、掌握理想气体分子状态方程、压强公式、 能量公式。 2、理解理想气体分子能量按自由度均分原理 。 3、掌握表面张力、弯曲液面下的附加压强。 4、理解毛细现象和气体栓塞现象。 5、了解表面能、表面活性物质。 1 71 物质的微观结构 一、基本概念 二、物质的微观结构 2 一、基本概念 2、微观量：用来描述单个微观粒子的物理量：m 、v等。 1、微观粒子：组成宏观物体的大量微观分子或 原子。 3、宏观量：表示大量分子集体特性的物理量： 压强、温度、体积等。 4、热运动：大量分子的无规则运动称为热运动。 3 二、物质的微观结构 分子动理论：微观理论，运用统计方法建立 宏观量与相应微观量平均值之间的关系。 1.宏观物质由大量不连续的微观粒子(分子 或原子)组成。 2、分子不停地作无规则运动（平动、转动、 振动），剧烈程度与温度有关，这种运动称 这为热运动。 4 二、物质的微观结构 3、组成物质的分子间有相互作用力。 12 F引 F斥 F rr0 r 斥力：物体体积 不能无限缩小 引力：分子能结合 成物体的凝聚态 短程力 5 72 理想气体分子动理论 一、理想气体的状态方程 二、理想气体的微观模型 三、理想气体的压强公式 四、理想气体的能量公式 五、理想气体定律的推导 六、能量均分定理和理想气体的内能 6 一、理想气体的状态方程 一个气体系统，在不受外界影响的条件下，其宏 观性质不随着时间改变的状态称为平衡态。 1、平衡态 2、状态参量 气体所占的体积, m3, 1L=10-3m3 1Pa=1N/m2,1atm=1.013105Pa 热力学温度，单位：K 7 一、理想气体的状态方程 在任何情况下绝对遵守玻意耳马略特定律、 盖吕萨克定律和查理定律的气体。 3、理想气体 玻意耳马略特定律 盖吕萨克定律 查理定律 8 一、理想气体的状态方程 4、理想气体状态方程 理想气体的p，V，T在气体的温度不太低、压强不 太高时，满足 气体的质量 摩尔气体常量（ 8.31J/mol.K） 摩尔质量 9 二、理想气体的微观模型 分子间及分子和容器壁之间碰撞完全弹性。 1、单个分子的力学性质假设 分子当作质点，不占体积； 分子之间除碰撞的瞬间外，无相互作用力。 10 二、理想气体的微观模型 2、对分子集体的统计假设 同种气体 的分子的大小和质量完全相同。 分子所受的重力忽略不计。 气体处于平衡态时，分子的空间分布均匀（即 各部分的密度均匀），分子沿各个方向运动的 概率相等。 Vx Vy Vz V 11 三、理想气体的压强公式 1、压强的宏观 意义 2、气体压强的 微观意义 12 三、理想气体的压强公式 3、压强大小的定性分析 P与分子数密度、分子 质量、速度或温度有 关。 13 三、理想气体的压强公式 4、压强公式的推导 A1 A2 0 x y z L L L V1x V1y V1z V1 V1x -V1x-V1x V1x 单个分子 碰撞一次 碰撞频率 单位时间内动量变化 14 三、理想气体的压强公式 4、压强公式的推导 单个分子在单位时间内的动量变化为 N个分子在单位时间内的动量变化 15 三、理想气体的压强公式 4、压强公式的推导 令 单位体积分子数 A1面受到的压强 容器中所有分 子 的平均值 16 三、理想气体的压强公式 5、压强公式分析 分子平均平动动能 单位体积分子数 气体的宏观量与微观量建立了联系。 17 四、理想气体的能量公式 18 五、能量均分定理和理想气体的内能 1、自由度：决定一个物体在空间位置所需要的 独立坐标的数目，称为物体的自由度。 分子在每个运动自由度上的平均平动动能都是 自由度均分原理 19 五、能量均分定理和理想气体的内能 1、自由度：决定一个物体在空间位置所需要的 独立坐标的数目，称为物体的自由度。 2、单原子气体分子 自由度3. 总自由度（平动自由度） 其模型可用一个质点来代替。 20 五、能量均分定理和理想气体的内能 3、双原子气体分子 如H2、O2等为双原子气体分子。 平动自由度转动自由度 总自由度 其模型可用两个刚性质点模型来代替。 每个原子三个自由度，但有一个约束条件 21 五、能量均分定理和理想气体的内能 4、多原子气体分子 如CO2、H2O等为三原子气体分子 。 B C A 总自由度 其模型可用三个刚性质点来代替。 每个原子三个自由度，但有三个约束条件 平动自由度 转动自由度 22 五、能量均分定理和理想气体的内能 5、理想气体的内能 分子间相互作用 可以忽略不计 分子间相互作 用的势能=0 理想气体的内能=所有分子的热运动动能之总和 单原子 双原子 多原子 23 五、能量均分定理和理想气体的内能 一定质量理想气体的内能为 24 例1 例：讨论：设氢和氦的温度相同，摩尔数相同，那 么这两种气体 (1) 分子的平均平动动能是否相等？ (2) 分子的平均总动能是否相等？ (3) 内能是否相等？ 25 六、理想气体定律的推导 1、阿伏伽德罗定律 阿伏伽德罗定律：在相同的温度和压强下，各种 气体在相同的体积内所含的分子数相等。 26 六、理想气体定律的推导 2、道尔顿分压定律 混合气体 质量： 分子数密度： 各种气体单独存在的压强 混合气体的压强： 27 例2 解： 例：一真空管，在0C时其真空度为1.3310-3Pa, 求真空管内单位体积中的分子数和总平均平动动能 根据 根据 28 75 液体的表面现象 一、表面张力和表面能 二、曲面下的附加压强 三、毛细现象和气体栓塞 四、表面活性物质与表面吸附 29 一、表面张力和表面能 30 一、表面张力和表面能 玻璃板 水银滴 31 一、表面张力和表面能 1、概念 液体表面存在的一种具有收缩趋势的力。 32 一、表面张力和表面能 2、表面张力的大小 1 2 F21 F12 L 3、表面张力的方向 液面是平面时： F在平面内，FL 液面是曲面时：F在切面上，FL33 一、表面张力和表面能 4、表面能 dF 张 F x AB CD B C 表面张力系数的意义:增加单 位液面所作的功，或增加单位 液面时表面能(势能)的增量。 34 例2 解：在液滴脱落前的瞬间，张力等于重力 例：如图所示，已知从滴管缓慢滴下50滴液体，其 总质量为1.65g，滴管内径为1.35mm，试求液体的 表面张力系数。 35 一、表面张力和表面能 5、表面张力系数 丙酮0.0237 甲醇0.0226 苯0.0228 甘油0.0634 00.0756 200.0728 300.0712 1000.0589 200C不同液体不同温度下水的 影响表面张力系数的除了液体的性质和温度 ，还有杂质。 36 一、表面张力和表面能 表面活性物质：使表面张力系数减小 表面非活性物质：使表面张力系数增大 溶剂：水 溶质： 无机盐、氢氧化钾、硫酸、蔗糖等 有机酸、醇、酯、醚和酮 脂肪酸及其盐和烷基苯磺酸等 37 二、曲面下的附加压强 方向：指向弯曲液面球心。 1、附加压强计算 38 二、曲面下的附加压强 2、球形液膜内外的压强差 R R P外 P附 A B 肥皂泡 P内 P外 P附 R大 R小 P附小 P附大 P内小 P内大 39 二、曲面下的附加压强 3、表面活性物质在肺泡 中的作用 RC V 吸气: 呼气: V RC 自动调整，保证了呼吸过程的正常进行。 40 例3 解： 例：在半膨胀的肺中，肺泡的平均半径为60m， 假设表面活性物质使肺泡的表面张力系数变为 5010-3 Nm-1，求肺泡中的附加压强？ 41 三、毛细现象和气体栓塞 1、润湿和不润湿现象 附着力内聚力 接触角 不润湿 内聚力 附着力 切面 润湿 接触角：在固体和液体接触处液体表面的切面 与固体接触面之间的夹角(经液体内部） 42 三、毛细现象和气体栓塞 2、毛细现象 玻璃管插入水中 玻璃管插入水银中 内径很小的管子-毛细管 43 三、毛细现象和气体栓塞 P0h CAB r R 完全润湿 44 三、毛细现象和气体栓塞 3、毛细现象的应用 植物靠着毛细现象输运养料和水分。 利用棉花来吸水。 外科手术中用的缝线是经过蜡处理的丝线。