费恩曼物理学讲义笔记——气体分子动理论

2016.03.28

物质的性质

今天先进行“对物质性质进行分析”的第一部分——气体分子动理论。“对物质性质进行分析”这个课题很困难,因为它是从物质由大量原子或基本单位组成,他们之间存在着电相互作用,并且遵循力学定律这种物理观点出发的。
首先,它不像力学电学那样从某些核心公式的叙述开始,从本质上理解一大批现象。它在数学上要求对概率论具有深刻的理解,我们并不要求知道每个原子实际上在哪里运动,而是要求知道平均说来有多少原子在这里运动,产生各种效应的可能性是多少
其次,原子实际行动并不遵循经典力学规律,而是遵循量子力学规律,具体可参考我写的笔记“费恩曼物理学讲义——量子行为”。
因此,在之后的笔记中我们会一再碰到这个课题,而且一次比一次更为准确。

举一个有趣的例子,我们都知道,在相同温度、相同压力下,相同体积的气体含有同等数目的分子。阿伏伽德罗把倍比定律(当两种气体在化学反应中化合时,所需的体积总是成简单的整数比)理解为相同体积中含有相同数目的原子。但是,为什么它们含有相同数目的原子?我们能从牛顿定律推出原子数目应该相等吗?

我们将采用原子的观点来了解物质的各种性质热力学定律

气体的压强

首先,气体为什么会产生压强?如果我们的耳朵灵敏几倍,就会听到持续的冲击噪声。原因是耳膜与空气相接触,而空气里有大量持续运动的分子,这些分子撞击在耳膜上,造成了无规则的咚咚咚的声音。这种声音我们听不见,因为原子非常小,以至于耳朵的灵敏度不足以感觉到。然而原子这样做的结果是会把耳膜推开,但是当然在耳膜的另一边也有相同的原子在不停的撞击,因而作用在耳膜上的净力为零。如果我们改变耳膜两边空气的相对数量(乘电梯或飞机,感冒时发炎使通过咽喉联系耳膜内部空气与外部空气的导管关闭了),耳膜就将被推到一边,因为在一边的撞击量将大于另一边。

接下来我们进行定量的分析。
我们设想又一个充满大量气体的容器,容器的一端是一个可移动的活塞。
明天接着填坑。。。

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