高中物理 21 分子动理论、物体的内能

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分子动理论

物质是由大量分子组成的：

分子直径数量级一般为\(10^{-10}m\)。

油膜法测分子直径：把一滴油酸酒精溶液滴在水面上，让油酸在水面上尽可能散开，形成单分子油膜。如果把分子看成球形，单分子油膜的厚度就可以认为等于油酸分子的直径。通过测量油酸的体积\(V\)和油膜的面积\(S\)，根据\(d=\frac{V}{S}\)可计算出分子直径。

阿伏伽德罗常数\(N_{A}=6.02\times10^{23}mol^{-1}\)，它是联系微观世界和宏观世界的桥梁，如已知物质的摩尔质量\(M\)，可通过\(m_{0}=\frac{M}{N_{A}}\)求出分子质量\(m_{0}\)；已知物质的摩尔体积\(V_{m}\)，可通过\(V_{0}=\frac{V_{m}}{N_{A}}\)求出分子体积\(V_{0}\)（对于固体、液体可近似认为分子紧密排列，气体分子间距较大，不能用此方法求分子体积）。

分子在永不停息地做无规则运动：

扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。如在房间里打开一瓶香水，过一会儿整个房间都能闻到香水味。扩散现象说明分子在不停地做无规则运动，且温度越高，扩散越快。

布朗运动：悬浮在液体或气体中的微粒所做的无规则运动。布朗运动不是分子本身的运动，而是液体或气体分子无规则运动撞击微粒的不平衡性导致的。微粒越小，温度越高，布朗运动越明显。

分子间存在相互作用力：

分子间同时存在引力和斥力，实际表现出来的分子力是引力和斥力的合力。

当\(r=r_{0}\)（\(r_{0}\)的数量级为\(10^{-10}m\)）时，引力等于斥力，分子力为零；当\(r\lt r_{0}\)时，斥力大于引力，分子力表现为斥力；当\(r\gt r_{0}\)时，引力大于斥力，分子力表现为引力；当\(r\gt10r_{0}\)时，分子力可忽略不计。

物体的内能

分子动能：分子由于热运动而具有的动能叫做分子动能。物体内大量分子做无规则热运动的速率有大有小，所以各个分子的动能也有大有小，而且在不断改变。在热现象的研究中，我们关心的是组成系统的大量分子整体表现出来的热学性质，因而重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子动能的平均值，即分子平均动能。温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大。

分子势能：分子间由于存在相互作用力而具有的、由它们的相对位置决定的势能叫做分子势能。分子势能与分子间距离有关，当分子间距离发生变化时，分子力做功，分子势能也随之改变。当\(r=r_{0}\)时，分子势能最小；当\(r\gt r_{0}\)时，分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做负功，分子势能增加；当\(r\lt r_{0}\)时，分子力表现为斥力，分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增加。

物体的内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。任何物体都具有内能，物体的内能跟物体的温度和体积有关。温度升高时，分子的平均动能增加，物体的内能增加；体积变化时，分子势能发生变化，物体的内能也会改变。对于理想气体，由于分子间无相互作用力，不存在分子势能，其内能只与温度有关。