麦克斯韦速度分布律应与重力场无关

在普物热学课中,现行教材都直接给出麦克斯韦速度分布律韦速度分布函数为有的教材明确指出:“这是讨论理想气体在平衡态中在没有外力场作用下的速度分布情况,”[1]其实,麦克斯韦速度分布律对于非理想气体[2]和某些外力场(如重力场)也是适用的.本文就有重力场的情况也适用给于证明,并作简单说明. 先从一个问题谈起,一般普物教材在推导理想气体压强公式时谈到,在气体处在平衡态时,气体的性质与方向无关,分子向各个方向运动的几率均等,所以对大量分子来说,三个速度分量平方的平均值必然相等,即这是在忽略重力场作用时用理想气体模型得到的.如果…     

重力场中理想气体密度分布的 Monte Carlo 模拟

利用Monte Carlo 方法模拟了重力场中理想气体的密度分布,直观展现了重力场中气体分子位置的改变和分布特点,讨论了分子质量和系统温度对气体密度分布曲线以及重力势能零点处密度n0的影响.模拟结果与玻耳兹曼分布律完全吻合.另外,模拟结果表明玻耳兹曼分布律不仅对纯的理想气体成立,而且对混合理想气体中各成分气体也成立.     

求解热循环过程效率的一种一般方法

在普通物理热学课中,经常碰到求热循环过程的效率问题.热效率 ,要求出η,必须解算循环过程对外做的总功 A和从外界吸收的全部热量 Q[1].本文对于理想气体,从状态方程和热力学第一定律出发,给出求吸收的热量Q的一种一般方法。 设有n摩尔理想气体经过某种热循环,过程方程P=P(V)已经给出. 据热力学第一定律dQ=dU dA 其中,dQ为吸热,CV为定容摩尔比热,dT和dV分别代表温度和体积的微分. 由理想气体状态方程p·V=n·R·T(2)得 (3) 式(3)代入(1)式得 对于理想气体,CP=CV R CP表示定压摩尔比热. (4) 下面分两种情况讨论 i)当dV>0时,欲使d…     

等离子体科学技术应用专题系列介绍——第七讲 低温等离子体及其在材料表面改性中的应用

一、低温等离子体概述 等离子体是一种电离的气态物质,称为物质第四态,宇宙中99.9%的物质都处于等离子体态.它由带电的电子、离子和中性粒子组成.粒子之间不断碰撞发生能量交换,同类粒子之间容易通过碰撞交换能量达到热力学平衡,因而有电子温度Tc,离子温度T1气体温度Ts按照研究的不同目的,等离子体可以作不同的分类.根据温度分为高温等离子体和低温等离子体.当电子温度105-108K时,称为高温等离子体,属于热力学平衡或局部热力学平衡等离子体,如太阳上的等离子体和核聚变等离子体等.当电子温度为3×102-105K时称为低温等离子体.低温等离子体…     

理想气体在热力学中的作用

指出热力学理论是普遍的,不依赖于理想气体.理想气体为热力学理论提供了一个简单的实例,为测量热力学温度提供了一种简单的温度计.     

气体的内能、焦耳-汤姆逊系数与理想气体

本文拟就满足焦耳定律的气体与焦耳-汤姆逊系数μ=0的气体的性质以及理想气体的定义作一些讨论.一、焦耳定律与物态方程 焦耳通过实验研究了气体的内能,得到了气体的内能U仅是温度的函数而与体积无关的结论,即 U=U(T)(l)这就是焦耳定律.式中T是用理想气体绝对温标量度的温度.精确的实验表明,一切实陈的气体,并不严格遵守焦耳定律,只有非常稀薄的气体才较好地服从式(1).假设绝对热力学温标量度的温度θ与T相等,即 T=　(2)则由热力学第一定律和第二定律得到的能方程[1]可以证明。凡满足理想气体物态方程 PV=RT(4)的气体,一定满足焦耳定律…     

谈经典实际混合气体的自由焓

本文1.运用正则系综理论求出了经典实际混合气体的自由焓表示式;2.与经典理想气体相比,讨论了偏离项的物理意义;3.讨论了气体混合后自由焓变化的特点.     

基于准经典近似研究幂函数势阱中理想气体的热力学性质（英文）

基于准经典近似方法,从理论上研究了幂函数势阱中理想气体的热力学性质.得到了各热力学量的表达式,分析了幂函数势阱对系统热力学性质的影响.结果显示,玻色气体的热力学行为与外加势阱的类型密切相关,费米气体在低温极限时的行为并没有显著改变.最后,简单讨论了系统的密度分布和动量分布.     

测定普适气体恒量的一种方法

普适气体恒量R,是热学中的一个重要常数,如能在教学时补充一项测定普适气体恒量的学生实验,很有好处。在中学条件下,可由实验测出一定量近似理想气体的某种实际气体的压强、体积、温度、质量,并引用已知的该气体的摩尔质量,用克拉珀龙方程算出R值。实验的关键是在于较精确地测定空气的质量,使之能得到三位有效数字。常温常压下,比较干燥空气的平均摩尔质量μ=28.8/mol。如用玻璃烧瓶配上橡皮塞和皮管做容器,称出它充有等于外界大气压的空气和抽成真空后质     

火星进入热环境预测的热力学模型数值分析

采用数值模拟目的 研究不同热力学模型中火星飞行器表面的热环境.研究发现,驻点区域流动近似为热力学平衡,随着飞行高度增加,流动逐渐偏向热力学非平衡.当壁面为非催化壁时,不同热力学模型所得热流基本一致,当壁面为完全催化壁时,热力学非平衡模型所得热流更高,这种差异由化学反应特征温度差异引起,并随着流动的热力学非平衡特性增加而增加.     

非对易相空间中理想气体的热力学性质

首先从非对易相空间中重新确定微观状态个数和配分函数来讨论在非对易相空间中单原分子理想气体的热力学性质.结果显示非对易效应不能在理想气体系统的内能、物态方程、热容量等宏观热力学性质中测量出.然而发现系统的配分函数和熵发生变化,表示在非对易效应作用下系统的能量简并度和系统的无序度发生变化.     

利用"对比法"判断气体状态参量的变化趋势

理想气体的温度、体积和压强三个状态参量之间的关系由气体状态方程pV/T=恒量决定。当气体状态发生变化时，判断某一个参量的变化趋势是一个比较复杂的问题。如图1，为p—T图中的状态变化曲线，状态由A变化到B，判断体积的变化趋势。     

能斯脱热定理与热力学第三定律

 一、能斯脱热定理的发现本世纪初低温技术的进一步发展,同时化学热力学理论也达到了一定的发展水平,这样历史为热力学第三定律的发现准备了成熟的条件。1906年能斯脱(Nernst)系统地研究了低温下的化学反应后,得出结论说,在趋近于绝对零度时,化学亲合势A和反应热Q相等。     

麦克斯韦速率分布的特色推导方法

大学物理教学的一个基本点是培养学生的空间想象力.麦克斯韦速率分布律是气体分子运动论的中心内容,是大学物理气体运动理论中讲授的一个难点,其公式抽象、繁难,学生不易理解.本文根据速度空间概念,给出速度球的表面积相当于气体分子微观状态数的观点,利用拉郎格日函数,推导理想气体平衡态下气体分子的速率分布函数.这种推导方法相对比较...     

名词浅释

电子简并态,费米电子气 最早人们曾以为在金属(或等离子体)中自由电子的性质类似于理想气体,其后发现它们和理想气体有很大的差别:它们遵从泡利不相容原理和费米-狄拉克统计规律;也就是说,即使温度降到绝对零度时,它们也不会静止,而是按一定能级分布直到某一最大能量E0为止.这种状态称为电子的完全简并态。具有这种能量分布的电子“气体”一般称为“费米电子气”. 实际上,上述简并态并不仅在低温下才出现.理论表明,只要电子总数N和其所占的总体积V以及温度T之间存在 的关系,电子就可进入高度简并态〔式中K为玻耳兹曼官数,h为普朗克常数,m…     

范德瓦尔斯气体的气压公式

将大气近似为范德瓦尔斯气体,用多方过程取代等温过程,推导出范德瓦尔斯气体处于多方过程时的气压公式,该式是对理想气体恒温气压公式的一种很好的修正.     

负绝对温度系统的热力学性质

负绝对温度首先由Purcell和Pound等人在LiF晶体核自旋实验中实现。后经Ramsey从理论上进行了系统的研究和整理,形成了完整的理论。这里将其主要热力学性质作一简单介绍。 一、负绝对温度系统的热学性质 热力学系统的绝对温度可表示为其中U和S分别是系统的内能和熵。V为体积。 一般的热力学系统,如一摩尔理想气体或一摩尔晶体,具有无穷多能级。随着内能的增加(温度升高),分布在高能级上的原子或分子也随着增加,由此引起了原子能级范围的增大,无序性增大,从而系统的熵增大。即当dU>0时,一般有dS>0。因此由 (1)式给出的绝对温度是正的。 如…     

迥然不同的pV=nRθ与pV=nRT

理想气体的状态方程ｐＶ＝ｎＲθ,是依据三个实验定律进行热力学理论推导的结果。根据它可以用理想气体实现热力学温标。ｐＶ＝ｎＲＴ是依据实验事实得到的理想气体绝对温标的定义式。两者的物理意义是不相同的。     

气体常数的新进展

气体常数R的定义来自理想气体的状态方程:其中V为理想气体的摩尔体积,p与T分别为该状态下气体的压强与温度. 然而,在实际测量中,我们不能直接从R=pV/T求R,因为实际测量的总是真实气体.对于真实气体,上式应改为其中B(T),C(T),…称为维里系数. 只有在恒定温度下,测量一系列不同压强下的气体密度,再外推到零压强(无限体积)的情况,才有可能获得理想气体的摩尔体积. 早先测量气体常数基本上都是沿着这条路线.这个方法被人们起了一个不太确切的名称,叫“有限密度法”. 一直到1973年,在历届基本物理常数平差中,气体常数的数值都是根据有限密度…     

利用分子动力学模拟研究气体双向泻流过程

本文利用分子动理论从理论上推导了理想气体的双向泻流过程。即在一个绝热容器中加入一绝热隔板,在隔板两边分别设置初始条件不同的理想气体。在两子系统达到平衡时开放隔板上一小孔,使两子系统进行双向泻流。除了理论推导,本文也引入分子动力学模拟计算了温度随时间变化曲线。这种双向泄流可能会产生一些违反常识的有趣的现象,我们发现在满足特定条件下,初始温度高的气体会先升温再降温,而初始温度低的气体会先降温再升温,直至温度相等为止。