关于分子运动与压强\温度之间的一个新观点
来源:用户上传
作者:
摘 要：分子运动与压强、温度之间的关系，可追朔到17世纪，1658年Gassendi认为物质有固、液、气三种状态，其原子（既最小的不可再分的单位）系弹性球，不断地在运动中。1622年Boyles由实验建立气体的Boyles定律。1678年Hoo-kes进行解释此定律，1738年Daniel Bernoles假设气体压力是由分子撞击而来，由此导出Boyles定律，1859年J.C.Maxwell研究分子速度的分布。1868年后的十余年间，L.Boltzmann以分子撞击理论进而求得分子的速度分布定律。
关键词：分子运动；温度；压强
0引言
在热运动学中认为气体压强是由分子对物体表面碰撞所产生的压力形成的，温度是分子热运动的表现，分子的运动速度越大，温度就越高,从而得出理想状态下气体压强和温度公式它们分别为：
1）压强公式：P=2n∈kt /3（1）
2）温度公式：∈kt=2KT /3（2）
n:表示单位体积内分子数
∈kt：∈kt =1/2uc2为每个分子的平均动能
u：表示每个分子的质量
c:表示每个分子运动的平均速度
本文通过利用理想气体平衡状态方程式PV/T=恒量（3），及热力学第二定律热量不会自发的从低温物体传到高温物体，以及对公式（1）、（2）本身进行分析论证,从而证明压强和温度与分子运动速度不存在必然关系，即公式（1）、（2）是两个错误定律。
1 对两种不同的气体分子热运动进行分析
首先我们取1摩尔 H2、O2 并对其分子运动的平均速度进行分析;
假设当这两种气体H2、O2放置一容器中，且处于标准状态下时，即此时H2、O2的体积相同V H2=V O2 ，温度相同T H2=T O2 ，压强相同P H2=P O2 。
因为：H2的原子量为2，O2 的原子量为32
由于 V H2=V O2即nH2=n O2
通过热力学气体压强公式（1）p= P=2n∈kt /3得出
c H2=4c O2 即容器内部H2分子运动的平均速度是O2 的4倍
假设在理想状态下：
1）当O2 从孔b排出时，由于液体与O2 的温度相同，跟据热力学第二定律热量不会自发的由低温传向高温物体，所以O2不会对液体做功，即当O2从孔b排出时液体温度是不变的。
2） 当H2 从孔a排出时，由于H2的分子运动速度是O2的4倍。即H2运动比O2更加剧烈，所以当O2从孔b排出不会对液体做功，则H2一定会对液体做功，液体温度会升高。
因此这显然与热力学第二定律相矛盾
2 举例证明公式（1）、（2）对一些事物解释的局限性
1):公式（1）、（2）无法解释从高压枪射出的气体为什么射出前后一样高。
2): 公式（1）、（2）无法解释刮台风时为什么台风区的温度不会高于非台风区的温度。
3 公式（1）、（2）用于同种液体中的压强分析
根据公式（1）、（2）的理论依据及其公式由来，公式（1）、（2）应不但应该适用于气体而且也因该适用于液体、固体。
假设处于理想状态的一容器内的液体，液体内部温度相同
根据上述假设，根据公式（1）压强是由分子运动碰撞引起的，公式（2）温度是衡量分子运动的唯一标准，即当温度相同时液体内部的分子平均运动速度亦相同。
所以根据公式（1）、（2）可得出在同一温度下的同种液体中的任意一点，由于液体内部温度相同，即分子的平均速度亦相同，分子间碰撞所产生的压力亦相同，因此可得出压强亦相同。这显然与液体压强公式相矛盾。
a) 对公式（1）、（2）的分析并证明其公式存在的缺陷
1)以下是压强公式（1）、（2）的由来的推导过程
设n为单位体积气体分子平均数。各分子速度不等。c代表速度（向量）其x,y,z方向的分量为u,v,w，设分子的速度在c与c+dc间（即分量u,v,w与u+du,v+dv,w+dw间 ）为f(c)dc=f(u,v,w)dudvdw，故：
考虑一气体容器一壁取其一面积dS，采一座标系使其x轴与dS垂直，每秒撞击ds分子其速度在c与c+dc间，为
ufdudvdwdS
凡与dS垂直距离小于u的分子，皆可于一秒钟内到达Ds，设每分子质量为m,每一分子撞击dS反撞，不考虑能量损失，其产生的动量为2mu(沿x轴),故每秒钟dS产生的动量为
2m∫dv∫dw∫du2
按定义即压力p
P= 2m∫dv∫dw∫du2（4-2）
假定f(u,v,w=f-u,-v,-w)(即分子速度分布，与速度的正负方向无关)，并定义
u2=∫∫∫u2fdudvdw/n（4-3）
则P=nmu2 （4-4）
u2乃是各分子速度分量平方平均值，在一均匀的气体中f(u,v,w)应与方向无关故
u2=v2=w2=c2/3（4-5）
又1/2mc2为一个分子的平均动能的平均值，故得
P=2n∈kt /3 (1)
2）以下是对压强公式（1）产生错误原因的分析
a）：冲量定律为 ft=mv 上式中所求得的仅仅是分子与侧壁碰撞所产生的冲量。
b)：t 是由每个分子撞击容器壁所消耗的平均时间，比如一个圆球撞击在一块钢板上和一块弹簧上所消耗的时间是不同的，因此时间不同分子对容壁产生的f也不同。
c)：根据动量定律公式（1）中的时间因该是分子与容壁撞击的时间而不是计算中的1秒钟。
d)：根据压强公式压强单位因该是N/m2,而不应该是 N/m2 s 。
e)：众所周知在密闭容器的气体分子间，分子自身间还存在引力和斥力压强应该和分子间距有关。
综上所述公式（1）是个错误的公式，而公式（2）由公式导出的即公式（2）也是个错误的定律。
5 结 论
通过以上论述本人认为气体压强并不是由于分子大量运动碰撞所产生的，而是由分子间的斥力或吸力引起的，其压强公式应为：
P=KVb/Va
K 为在不同温度状态下气体、液体、固体的压缩模量
Va为在标准状态下气体、液体、固体的体积
Vb为在实际状态下气体、液体、固体的体积
温度的高低亦不是决定分子动能的唯一标准，由于条件有限，本文仅对公式（2）的对错进行分析。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-605944.htm
