傅献彩《物理化学》第5版课后习题详解

如题所述

第1章 气 体


一、气体分子动理论的基石</


理想气体是一种特殊的气体模型,它在所有压力和温度条件下都严格遵循 理想气体状态方程</ pV = nRT</。在这个公式中,p</ 表示气体压力(Pa),V</ 为气体体积(m3),n</ 是物质的量(mol),T</ 为热力学温度(K),而 R</ 是著名的摩尔气体常数,它在理想气体的性质中起着关键作用。


气体分子动理论揭示了气体的基本行为。气体由大量分子组成,它们无规则地运动并均匀分布在整个容器中。分子间的碰撞以及与器壁的碰撞都是完全弹性的,这为我们理解气体压力提供了统计上的依据。


二、微观运动与宏观性质的桥梁</


气体的根均方速率 u</ 是衡量分子运动激烈程度的重要参数。其公式阐述了分子运动的微观特性与宏观压力的关系,u</ 的计算涉及气体分子的数量、质量以及它们与器壁碰撞的统计平均值。


三、压力与温度的统计解释</


压力并不仅仅是力的作用,它是大量分子集体行为的体现。同样,温度与分子平均平动能紧密相连,它反映了分子无规则运动的强度。通过统计概念,我们可以更深入地理解这两种基本物理量。


四、摩尔气体常数的揭示与理想气体状态图</


在低压力极限下,所有气体的性质趋近于一个共同值 R</,即摩尔气体常数。通过外推法,我们可以计算出这个常数,它在理想气体状态图,即相图中占据着核心地位,所有理想气体的状态点都落在这个曲面上。


五、速率分布与能量分布的统计分析</


Maxwell速率分布定律阐述了分子速率的分布规律,揭示了最概然速率、数学平均速率和根均方速率之间的关系。能量分布函数则描绘了分子能量在不同能量区间内的分子百分比,是理解气体热力学性质的重要工具。


六、重力对气体分子分布的影响</


在重力场中,理想气体的密度和分子数与高度有着明确的Boltzmann公式关联,这些公式展示了高度对气体宏观性质的影响。


七、碰撞频率与自由程:微观尺度的动态平衡</


分子的自由程,即两次碰撞之间的平均距离,是理解分子间相互作用和气体宏观行为的重要参数。通过研究碰撞频率和自由程,我们可以深入探讨气体的微观动态。

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