物理理想氣體狀態(tài)方程新人教選修

1、物理理想氣體狀態(tài)方程新人教選修一一. .理想氣體理想氣體 假設(shè)這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都假設(shè)這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓強(qiáng)下都能嚴(yán)格地遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律能嚴(yán)格地遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律, ,我們把這樣的氣體叫做我們把這樣的氣體叫做“理理想氣體想氣體”。理想氣體具有以下特點(diǎn)理想氣體具有以下特點(diǎn): :1.1.氣體分子是一種沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu)氣體分子是一種沒有內(nèi)部結(jié)構(gòu), ,不占有體積的剛性不占有體積的剛性質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn). .2.2.氣體分子在運(yùn)動過程中氣體分子在運(yùn)動過程中, ,除碰撞的瞬間外除碰撞的瞬間外, ,分子之間以分子之間以及分子和器壁之間都無相互作用力及分子和器壁之間都無相互作用力. .3.3

2、.分子之間和分子與器壁之間的碰撞分子之間和分子與器壁之間的碰撞, ,都是完全彈性碰都是完全彈性碰撞撞. .除碰撞以外除碰撞以外, ,分子的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動分子的運(yùn)動是勻速直線運(yùn)動, ,各個方向各個方向的運(yùn)動機(jī)會均等的運(yùn)動機(jī)會均等. .理想氣體是不存在的理想氣體是不存在的. .在常溫常壓下在常溫常壓下, ,大多數(shù)實(shí)際氣體大多數(shù)實(shí)際氣體, ,尤其是那些不尤其是那些不易液化的氣體都可以近似地看成理想氣體易液化的氣體都可以近似地看成理想氣體. .在溫度不低于負(fù)幾十?dāng)z氏度在溫度不低于負(fù)幾十?dāng)z氏度, ,壓強(qiáng)不超過大氣壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時壓的幾倍時, ,很多氣體都可當(dāng)成理想氣體來處很多氣體都可當(dāng)成理想

3、氣體來處理理. .理想氣體的內(nèi)能僅由溫度和分子總數(shù)決定理想氣體的內(nèi)能僅由溫度和分子總數(shù)決定 , ,與與氣體的體積無關(guān)氣體的體積無關(guān). .二二. .推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程 對于一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)可用三個狀對于一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)可用三個狀態(tài)參量態(tài)參量p p、V V、T T來描述，且知道這三個狀態(tài)參來描述，且知道這三個狀態(tài)參量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情況是不會發(fā)生的。換句話說：若其中任意兩個況是不會發(fā)生的。換句話說：若其中任意兩個參量確定之后，第三個參量一定有唯一確定的參量確定之后，第三個參量一定有唯一確定的值。它們共

4、同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯一確值。它們共同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯一確定的一個狀態(tài)。定的一個狀態(tài)。 假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為（態(tài)參量為（p p1 1，V V1 1，T T1 1），經(jīng)過某變化過程，），經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椋ǖ侥顟B(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椋╬ p2 2，V V2 2，T T2 2），），這中間的變化過程可以是各種各樣的這中間的變化過程可以是各種各樣的. .假設(shè)有兩種過程：假設(shè)有兩種過程：第一種：從（第一種：從（p p1 1，V V1 1，T T1 1）先等溫并使其體積變?yōu)椋┫鹊葴夭⑹蛊潴w積變?yōu)閂 V2 2，

5、壓強(qiáng)隨之變?yōu)閴簭?qiáng)隨之變?yōu)閜 pc c，此中間狀態(tài)為（，此中間狀態(tài)為（p pc c，V V2 2，T T1 1）再等）再等容并使其溫度變?yōu)槿莶⑹蛊錅囟茸優(yōu)門 T2 2，則其壓強(qiáng)一定變?yōu)?，則其壓強(qiáng)一定變?yōu)閜 p2 2，則末狀，則末狀態(tài)（態(tài)（p p2 2，V V2 2，T T2 2）。）。第二種：從（第二種：從（p p1 1；V V1 1，T T1 1）先等容并使其溫度變?yōu)椋┫鹊热莶⑹蛊錅囟茸優(yōu)門 T2 2，則壓強(qiáng)隨之變?yōu)閯t壓強(qiáng)隨之變?yōu)閜 pc，此中間狀態(tài)為（，此中間狀態(tài)為（p pc，V V1 1，T T2 2），再等溫并使其體積變?yōu)椋俚葴夭⑹蛊潴w積變?yōu)閂 V2 2，則壓強(qiáng)也一定變?yōu)?，則壓強(qiáng)也一

6、定變?yōu)閜 p2 2，也到末狀態(tài)（，也到末狀態(tài)（p p2 2，V V2 2，T T2 2）。）。 根據(jù)玻意耳定律和查理定律，分別按兩種過程，自根據(jù)玻意耳定律和查理定律，分別按兩種過程，自己推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)過程。（即要求找出己推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)過程。（即要求找出p p1 1、V V1 1、T T1 1與與p p2 2、V V2 2、T T2 2間的等量關(guān)系。）間的等量關(guān)系。）三三. .理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的狀態(tài)方程112212PVP VTTP VCT 一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)、體積的乘積一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)、體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值是一個常數(shù)。與熱力學(xué)溫度的比值是一個常數(shù)。121 12

7、2PPTT使用條件使用條件: :一定質(zhì)量的某種理想氣體一定質(zhì)量的某種理想氣體. .恒量由兩個因素決定恒量由兩個因素決定: :1.1.理想氣體的質(zhì)量理想氣體的質(zhì)量. .2.2.理想氣體的種類理想氣體的種類. .氣體的物質(zhì)的量決定氣體的物質(zhì)的量決定 不同種類的理想氣體不同種類的理想氣體, ,具有相同的狀態(tài)具有相同的狀態(tài), ,同時同時具有相同的物質(zhì)的量具有相同的物質(zhì)的量, ,這個恒量就相同這個恒量就相同. .例題例題1:1:見課本見課本P P2929 例題例題2:2:一水銀氣壓計中混進(jìn)了空氣，因而在一水銀氣壓計中混進(jìn)了空氣，因而在27 27 ，外界大氣壓為，外界大氣壓為758758毫米汞柱時，這個水

8、銀氣毫米汞柱時，這個水銀氣壓計的讀數(shù)為壓計的讀數(shù)為738738毫米汞柱，此時管中水銀面距毫米汞柱，此時管中水銀面距管頂管頂8080毫米，當(dāng)溫度降至毫米，當(dāng)溫度降至-3 -3 時，這個氣壓計時，這個氣壓計的讀數(shù)為的讀數(shù)為743743毫米汞柱，求此時的實(shí)際大氣壓值毫米汞柱，求此時的實(shí)際大氣壓值為多少毫米汞柱？為多少毫米汞柱？引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟解答此題：引導(dǎo)學(xué)生按以下步驟解答此題：（1 1）該題研究對象是什么？）該題研究對象是什么？混入水銀氣壓計中的空氣混入水銀氣壓計中的空氣（2 2）畫出該題兩個狀態(tài)的示意圖：）畫出該題兩個狀態(tài)的示意圖：（3 3）分別寫出兩個狀態(tài)的狀態(tài)參量：）分別寫出兩個狀態(tài)的狀態(tài)參量：p p1 1=758-738=20 mmHg=758-738=20 mmHg V V1 1=80S mm=80S mm3 3（S S是是管的橫截面積）管的橫截面積）T T1 1=273+27=300 K=273+27=300 Kp p2 2=p-743