实验装置
一 测定气体分子速率分布的实验
l
l
?
?
?
?
?
?
v
v
?2??
l
Hg
金属蒸汽 显



缝 ?
?
接抽气泵
7- 5 麦克斯韦气体分子速率分布律
分子速率分布图
N, 分子总数
N? 为速率在 区间的分子数, vvv ???
)/( v?? NN
o vv vv ??
S?
表示速率在 区间的分
子数占总数的百分比, NNS ???
vvv ???
v
)(vf
o
Sf
N
N
dd)(
d
?? vv
vvv
v
vv d
d1lim1lim)(
00
N
N
N
NN
Nf ?
?
??
?
??
????
分布函数
表示速率在
区间的分子数占总分子数的
百分比,
vvv d??
1d)(d0 ?? ?? ?0 vvf
N
NN 归一 化条件
v vv d?
Sd
表示在温度为 的平衡
状态下,速率在 附近 单位
速率区间 的分子数占总数的
百分比,
v
物理意义
T
v
)(vf
o 1v
S?
2v
Sf
N
N dd)(d ?? vv
vv d)(d NfN ?
速率位于 内分子数 vvv d??
vvvv d)(2
1
fNN ???速率位于 区间的分子数 21 vv ?
vv
vv v
v d)(
)( 2
1
21 ?????? f
N
N
S
速率位于 区间的分子数占总数的百分比
21 vv ?
vv
v
de)
π2
(π4
d 2223
2
kT
m
kT
m
N
N ?
?
2223
2
e)
π2
(π4)( vv
v
kT
m
kT
m
f
?
?麦氏 分布函数
二 麦克斯韦气体速率分布定律
反映理想气体在热动
平衡条件下,各速率区间
分子数占总分子数的百分
比的规律,
v
v
Nd
dNf ?)(
v
)(vf
o
三 三种统计速率
pv
1) 最概然速率
0
d
)(d
p
?
? vvv
vf
m
kT
m
kT
41.1
2
p ??v M
RT
41.1p ?? v
kNRmNM AA,???
v
)(vf
o pv
maxf
根据分布函数求得
气体在一定温度下分布在最概然
速率 附近单位速率间隔内的相对
分子数最多,
pv
物理意义
N
NNNN nnii dddd 2211 vvvv
v
?????
?
??
2) 平均速率 v
N
Nf
N
N
N
??
?
?? 00
d)(d vvvv
v
m
kT
f
π
8
d)(
0
?? ?
?
vvvv
M
RT
m
kT
60.160.1 ??v
v
)(vf
o
3) 方均根速率 2v
m
kT32
?v M
RT
m
kT 332
rm s ??? vv
v
)(vf
o
N
Nf
N
N
N
??
?
?? 0
2
0
2
2
d)(d vvvv
v
2
p vvv ??
M
RT
m
kT
60.160.1 ??v
M
RT
m
kT 22
p ??v
m
kT2
p ?v
m
kT
π
8
?v
m
kT32
?v
同一温度下不同
气体的速率分布
2H
2O
0pv pHv
v
)(vf
o
N2 分子在不同温
度下的速率分布
KT 3 0 01 ?
1pv 2pv
KT 1 2 0 02 ?
v
)(vf
o
讨论
麦克斯韦速率分布中最概然速率 的概念
下面哪种表述正确?
( A) 是气体分子中大部分分子所具有的速率,
( B) 是速率最大的速度值,
( C) 是麦克斯韦速率分布函数的最大值,
( D) 速率大小与最概然速率相近的气体分子的比
率最大,
pv
pv
pv
pv
例 计算在 时,氢气和氧气分子的方均
根速率,
rmsv
C27 ?
1H m o lkg0 0 2.0 ???M
1O m olkg03 2.0 ???M
11 m o lKJ31.8 ?? ???R
K300?T
M
RT3
rm s ?v
13
r m s sm1093.1
????v氢气分子
1
r m s sm48 3
???v氧气分子
?
v
v vvp d)(Nf
1)
?
?
p
d)(
2
1 2
v
vvv Nfm2)
例 已知分子数,分子质量,分布函数
求 1) 速率在 间的分子数; 2)速率
在 间所有分子动能之和,
vv ~p)(vf
N m
?~pv
vv d)(d NfN ?速率在 间的分子数 vvv d??
例 如图示两条 曲线分别表示氢气和
氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线,从图
上数据求出氢气和氧气的最可几速率,
vv ~)(f
m
kT2
p ?v
)O()H( 22 mm ??
)O()H( 2p2p vv ??
m / s2 0 0 0)H( 2p ?? v
4
2
32
)H(
)O(
)O(
)H(
2
2
2p
2p ???
m
m
v
v
m / s500)O( 2p ?? v
)(vf
1sm/ ??v2000 o