分子动理论的基本内容
看清温度与压强的微观图像,掌握统计推导与适用边界
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分子动理论的基本内容
看清温度与压强的微观图像,掌握统计推导与适用边界
物体由大量分子组成
你眼前的桌子、喝下的水、呼吸的空气,看着都是「一整块」的。但物理学家坚持说:它们其实是无数肉眼看不见的小颗粒堆出来的。这靠谱吗?我们来扒一扒。
一杯水约 10²⁵ 个分子,是银河系恒星数(~10¹¹)的 10¹⁴ 倍
分子的无规则运动
我们已经知道物体由大量分子组成。但这些分子并不是静止不动——它们时刻在做杂乱无章的运动。
每个人各自选方向,没人指挥,对应分子各自独立、轨迹不可预测
扩散
上页说分子在不停做无规则运动——但这运动肉眼看不见。人类怎么'看见'它?靠的就是「扩散」:一滴墨水落入清水会慢慢散开,香气会从瓶口飘满整个房间。今天我们就把这个现象拆开看。
每人走动随机,但人多的教室走出去多,整体从教室流向走廊。分子也一样:单个随机,从高浓度流向低浓度。
布朗运动
上页说分子在不停地做无规则运动,可分子太小,肉眼和普通显微镜都看不见。怎么证明它们真的在动?1827 年植物学家布朗把花粉撒进水里,显微镜下看到的现象令人意外——
大球乱滚说明有人在踢——小颗粒乱跳说明有分子在撞
热运动
热运动:定义、要点与典型应用
分子间作用力
上一页我们看到分子永不停歇地运动,可固体为什么不散架?液体为什么能成形却又能流动?答案藏在分子与分子之间的相互作用里。
拉远时弹簧拉回(引力主导),压近时弹簧推开(斥力主导),静止位置就是 r₀
分子动理论基本内容
前面我们分别看了分子数量、无规则运动、分子间力这些现象。现象不等于理论——分子动理论把它们打包成三条基本论断,用统一框架解释热现象。从分散观察到形成体系,这一步是关键跨越。
公理是几何的推演起点;这三条是分子动理论的推演起点。公理错则体系错,论断错则推论全错
本节要点
- ✓分子数以 10²³/mol 为量级,「大量」才有统计意义
- ✓温度是分子平均动能的标志,单个分子谈温度无意义
- ✓分子力随距离变化:r=r₀ 合力为零,r>r₀ 显引力,r<r₀ 显斥力
- ✓理论刻画宏观统计行为,对单分子或少分子体系失效
课后思考
先合上课本,把三个问题各想一两分钟;再点开参考答案对照思路。
参考答案分子体积太小、数量极多,单个分子的运动无法直接追踪;我们观察到的只是大量分子运动的统计平均结果。
参考答案不会一样快。蜂蜜黏度大,分子间作用力更强,分子运动受束缚更明显,扩散比在水中慢得多。
参考答案绝对零度时分子平均动能趋近于零,但量子零点能使其不会完全静止;真空并非无分子。经典动理论需让位给量子统计。