气体分子运动论模拟演示器

气体分子运动论模拟演示器,用钢球代表气体分子,可以造成气体分子混乱运动模型,从而演示布朗运动、气体压强的统计意义、理想气体状态方程、实际气体状态方程、玻尔兹曼分布律等分子运动的规律,这在教学中具有一定意义。     

范德瓦耳斯方程中的b和斥压强

普通物理中讨论范德瓦耳斯方程时,从气体分子的刚球引力模型出发,考虑了实际气体分子的体积引入了改正量b。同时认为确切地讲,b是分子间斥力所引起。[1]但是,究竟改正量b和分子间斥力有什么关系,则没有说明。本文从分子的刚球引力模型出发定量的讨论了b和分子间斥力引起的压强的关系,并导出范德瓦耳斯方程。证明范氏方程中的b约等于一摩尔气体分子体积的四倍。最后用刚球引力模型对范氏气体的内能作了说明。 (一)从一个思考题谈起[2] 题目:在讨论理想气体的压强时,设想在气体内取一小截面 dA,则两边气体通过截面 dA互施压力,试从分子运动论…     

从微观角度再看理想气体的绝热过程

在“ 从微观角度看理想气体的绝热过程”一文中提到了一种从微观角度来计算理想气体绝热公式的推 导, 这一推导中的物理本质为气体分子对活塞壁做功的集体效应, 即气体压强的微观解释. 基于这一思考, 从气体 分子对外做功的角度给出了相应的推导, 同时发现该文结论在其给定模型下的一个更为直观的解, 与热力学第一 定律中的做功项可以更直接地对应, 从而更直接地联系起微观过程和宏观的理想气体状态方程     

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…     

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...     

通过理想气体模型认识温度是分子平均动能的标志

温度越高,分子运动越剧烈,同种物质的分子平均动能越大.为什么温度相同时不同种类的分子平均动能也相等呢?笔者引导学生运用分子动理论知识,结合理想气体模型和弹性碰撞模型,从微观和统计角度,经过推导和分析认识到了温度相同的理想气体分子平均动能相等.     

压强和温度的微观实质

根据《中学物理教师专业合格证书考试大纲》的要求，本文概要地说明了分子运动论、理想气体模型和统计的初步观点，对压强和温度的微观实质作了简单的分析，并提出几个在讨论时应注意的问题．     

对理想气体内部压强推求方法的再次改进

本文在充分考虑了分子之间的频繁碰撞后,根据单位时间内与单位面积相碰的分子数p=1/4nv(此即碰壁数公式,这一结果,对理想气体内部压强公式p=1/3mnv~2的推导提出了与文献不同的另一方法。     

论活塞平衡条件

对于光滑绝热的活塞,其两侧压强相等并不能保证达到平衡.本文通过理想气体模型,从微观的角度说明,如果绝热活塞两侧气体温度不等,即使压强相等也依然会有能量通过活塞的振动从高温气体传递给低温气体,并指出此效应在宏观体系中较难观察到而在介观体系中非常显著.     

麦克斯韦分布适用的范围

气体由大量的分子所组成,因为其数量很大,需要用统计方法来描写其无规则的热运动,麦克斯韦速度分布描写了这种寓于分子的无规则热运动中的统计规律性,应用麦氏分布可以导出气体的许多宏观的热性质。因此,对于麦克斯韦分布适用范围的理解就显得十分重要。 多数的著作仅笼统地说麦氏分布描写气体分子的速度分布,并未明确说明它适用于理想气体或非理想气体。也有一些教科书明确指明麦氏分布仅适用于理想气体。我们以为麦克斯韦分布也是适用于非理想气体的。现证明如下: 对于处在平衡态的气体,可以用吉布斯的正则分布来描写体系处在dD=dPl…dP…     

从理想气体做功过程看热学与力学的衔接

利用基础力学和统计物理知识,从微观上研究了理想气体绝热变化中的做功过程,结合伽利略变换验证了气体膨胀做功的多少在数值上等于其分子总动能的减少量。作为一个热学与力学内容衔接的典型例子,补充了除压强、温度和内能之外的又一个热学基础物理量——做功的详细微观力学描述,进一步阐明了基础热学作为一门实验科学所具有的力学本质。其中,在分子与移动活塞碰撞问题中用到了伽利略变换,也是两个惯性系之间坐标变换的一个实际应用示例。     

理想气体压强公式两种推导方法及其比较

本文分别从球形容器和长方形容器中理想气体入手，给出平衡态下理想气体的压强公式的两种推导方法，并将两种推导方法加以比较。     

理想气体压强公式的一种推导方法

本文从球形容器中理想气体入手，用一种简单易懂且不失一般性的方法，推导出理想气体压强公式。     

使用阿基米德定律计算气体浮力与“气体分子运动论”的结论相矛盾吗?──学习分子物理学的一点体会

根据阿基米德定律,处于气体中的物体所受浮力等于该物体所排开气体的重量.即: 式中,是气体密度,g是重力加速度,V是物体所排开气体的体积. 我们知道,流体产生浮力的原因是由于在流体内部不同深度处的压强不同,从而对放人其中的物体的上下表面施以不同的压力,形成了压力差的缘故.要是某种流体的内部压强处处相等的话,这种流体是不会产生浮力的. 又根据气体分子运动论,气体内部压强为 式中,n为单位体积的分子数,k为玻尔兹曼常数,T为绝对温度,m为一个分子的质量.据此式,在一定温度下,如果气体的密度均匀,则其内部压强为一定值,处处相等,不会形…     

称量气体重量的微观机制是什么?

称量一个物体重量的机制是什么?可以笼统地说,物体的重量的称得是组成物体的大量微观粒子和称量仪器作用(直接或间接)累加的结果. 以下就称量气体重量这一特例来说明上述结论. 处于重力场中大量的气体分子连续不断地和容器器壁碰撞,这种作用的结果使容器受到一个沿重力场方向的合力F,F作用到称量仪器上,使称得了容器内气体的重量. 假设我们的称量仪器是由弹簧秤和一个具有刚性壁的、任意形状容器组成.测量在真空中进行,以消去浮力的影响.在容器中充满N个质量为m的单原子分子组成的理想气体. 由统计分布律可以得到分子数密度在重力场中的分…     

麦克斯韦-玻耳兹曼统计分布律的相对论修正

为了避免光速极限带来的复杂性,首先给出了理想气体分子动量的分布律公式．在此基础上,进一步讨论了麦克斯韦一玻耳兹曼统计分布律的相对论修正．解析和数值计算均表明,这一修正几乎没有可观测的物理效应．这说明,大学物理教学中介绍的麦克斯韦一玻耳兹曼速度分布律公式对实际应用已经足够精确．当然,我们决不可据此近似公式断言气体分子有一定的概率可以超光速运动．     

理想气体在绝热膨胀时温度降低的微机解释

理想气体在绝热压缩时温度升高，在绝热膨胀时温度降低，这是能量守恒的结果，本从气体分子运动论的观点，提出了理想气体在绝热膨胀时温度降低的微观解释。     

玻尔兹曼分布的计算机模拟

利用Lennard—Jonee,分子相互作用模型模拟气体分子在重力场中的分布,展现分子运动的过程和分布形态,说明重力场中分子分布由分子问频繁的碰撞所决定而与分子速率和位置的初态分布无关,。零势能”处的数密度no也并非常数,它不仅与分子质量m有关,而且还与温度T有关。此外,模拟也揭示了玻尔兹曼分布律是对大量粒子而言的统计规律。     

理想气体趋向热平衡态的动力学模拟

从动力学出发,导出了二体和三体分子弹性散射的动量分配公式,据此,用计算机模拟了理想气体分子集团长时间碰撞后的行为,证明热平衡态分子动量的麦克斯韦分布主要是由分子的二体碰撞所致,三体碰撞贡献的比例很小.用此方法还研究了器壁对气体动量分布的影响和对气体温度的控制机制,以及气体趋向热平衡的过程.     

气体动理论中压强公式的两种证明方法

本文基于力学规律和统计方法,从两种角度分析并计算了理想气体在器壁处产生的压强公式.确定微观量和宏观量之间的内在关系.