微观粒子压强公式的推导。
【1】、定义单位体积V(长宽高:x,y,z),假设所有分子个数为N个。
【2】、我们先对x方向分子动量进行分析,x方向速度v_x,动量p都是x方向正值。(目的获得x方向作用力F的大小)
2.1、假设分子绝对弹性碰撞,无能量损失:那么分子[每一次]撞墙前动量p1=m*v_x,撞墙后方向反向p2=-m*v_x;
2.2、墙对分子的作用沿着x负方向:p2-p1=-2m*v_x;反之:分子对墙的作用动量方向是x正方向,大小是|-2m*v_x|=2m*v_x。
2.3、[每一次]碰撞动量为2m*v_x,单位时间内碰撞次数为:[v_x/(2*x)](速度/路程=单位时间内运动了多少个相同的x2倍路程(一来一回));
2.4、1个分子,单位时间内,对墙的作用动量:[p单位时间=2m*v_x*(v_x/(2x)]=[m*v_x^2/x]。
2.5、[单位时间动量,1个分子对墙的作用力]根据基本运动理论,p=Ft,F=p/t=p单位时间=[m*v_x*^2/x]。
2.6、[单位时间压强]根据压强公式:【P】=F/S=F/(y*z)=m*v_x^2/x/(yz)=m*v_x^2/(xyz)=[m*v_x^2/V];V:单位体积。
【3】、[所有分子(N个)作用力]--获得所有分子对墙A1的压强P压强总。
3.1、P总=N*P=N*{[mv_x^2]/V}
3.2、[统计分析v_x平方值]v_x^2=(v_x^2+v_y^2+v_z^2)/3=v^2/3;[v_x,v_y,v_z:xyz方向的速度。v^2:速度平方的平均值,先平方后求均值]
3.3、【P压强总】=N*{[mv_x^2]/V}=N*{[m*(v^2)/3]/V}=N/V*1/3*(mv^2);[N/V=n:分子数密度]【可以进一步分析】
4、[获得1个分子的平均平动动能(不计算分子旋转的转动动能)]
4.1、e=1/2*m*v^2;(v^2:速度平方的平均值)
4.2、根据3.3和4.1;【P压强总】/e={N/V*1/3*(mv^2)}/{1/2*m*v^2}=(2/3)*N/V=2/3*n
4.3、P压强总=2/3*n*e-------证毕。得到课本上的公式。