氣體的基本狀態(tài)參數(shù) 氣體狀態(tài)參數(shù)的特性

1、 氣體的基本狀態(tài)參數(shù)氣體的基本狀態(tài)參數(shù) 氣體氣體狀態(tài)參數(shù)的特性狀態(tài)參數(shù)的特性 介紹氣體基本狀態(tài)參數(shù)及其特性介紹氣體基本狀態(tài)參數(shù)及其特性 氣體基本狀態(tài)參數(shù)氣體基本狀態(tài)參數(shù) 狀態(tài)參數(shù)的特性狀態(tài)參數(shù)的特性 2/4 一、比容、密度和重度一、比容、密度和重度 單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，叫做比容單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，叫做比容，以符號以符號表示，若質(zhì)量為表示，若質(zhì)量為m的物質(zhì)占有的體的物質(zhì)占有的體積為積為V，則其比容為，則其比容為 單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的質(zhì)量，叫做密度單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的質(zhì)量，叫做密度，以，以符號符號表示。若質(zhì)量為表示。若質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)占有的的物質(zhì)占有的體積為體積為V(m )，

2、則其密度，則其密度為為 mVv Vm14 氣體的基本狀態(tài)參數(shù)氣體的基本狀態(tài)參數(shù) 根據(jù)比容及密度的定義式，可知比容和密根據(jù)比容及密度的定義式，可知比容和密度互為倒數(shù)。即度互為倒數(shù)。即 由于密度的大小說明物質(zhì)分子的密集和松由于密度的大小說明物質(zhì)分子的密集和松散程度，因此比容的大小也是說明氣體分散程度，因此比容的大小也是說明氣體分子的疏密程度。子的疏密程度。1v 單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的重量，叫做重度單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的重量，叫做重度，以符號以符號表示。質(zhì)量為表示。質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)其重量的物質(zhì)其重量為為mg，若其占有的體積為，若其占有的體積為V，則其重度，則其重度為為 = 比容、密度和重度都是說明

3、物質(zhì)在某一狀比容、密度和重度都是說明物質(zhì)在某一狀態(tài)的分子疏密程度，所以它們實質(zhì)上是一態(tài)的分子疏密程度，所以它們實質(zhì)上是一個說明、物質(zhì)物理性質(zhì)的參數(shù)。三者的關(guān)個說明、物質(zhì)物理性質(zhì)的參數(shù)。三者的關(guān)系為系為 Vmgvg1 例例 容積為容積為60L的氧氣瓶內(nèi)，盛氧氣的氧氣瓶內(nèi)，盛氧氣0.8L，求氧氣的比容和重度。求氧氣的比容和重度。 解：因為解：因為 故故 那么那么 v = = =0.075 m 那么那么 = = =130.8N/ m Lm100013306. 060mL mVkgm /075. 08 . 006. 03vg075. 0g3 例例 空氣在某一狀態(tài)下的重度空氣在某一狀態(tài)下的重度為為 ，求

4、它的比容和密度。已知，求它的比容和密度。已知重力加速度重力加速度 。 解：解：kgN /26.122/81. 9smg 3/5 .1281. 9/26.12/mkggkgmv/8 . 025. 1/1/13 二、壓力或壓強二、壓力或壓強 1、壓力的定義、壓力的定義 垂直作用在單位面積上的力，叫做壓力或垂直作用在單位面積上的力，叫做壓力或壓強壓強，以符號，以符號P表示。表示。氣體的壓力乃是氣體氣體的壓力乃是氣體分于作無規(guī)則運動時頻繁地撞擊容器內(nèi)壁分于作無規(guī)則運動時頻繁地撞擊容器內(nèi)壁的平均總結(jié)果的平均總結(jié)果。 2、氣體壓力、氣體壓力 氣體的分子運動論指出氣體作用于容器壁氣體的分子運動論指出氣體作用

5、于容器壁上的壓力為上的壓力為 P= n 32220wm式中式中 P 力；力； n分子濃度，即單位容積的分子數(shù)；分子濃度，即單位容積的分子數(shù)； 分子的平均移動動能；分子的平均移動動能； m 分子的質(zhì)量；分子的質(zhì)量； 分子的均方根移動速度，由下式求得分子的均方根移動速度，由下式求得 = = 其中其中 ， 表示各個分子的移動速度表示各個分子的移動速度 220m0Nn2232221NNii1212n 上式說明氣體的壓力在數(shù)值上等于單位容上式說明氣體的壓力在數(shù)值上等于單位容積內(nèi)氣體分子平均移動動能的三分之二。積內(nèi)氣體分子平均移動動能的三分之二。 若氣體作用于器壁面積若氣體作用于器壁面積A上的垂直作用力為

6、上的垂直作用力為F，則該壁面上的壓力為，則該壁面上的壓力為 P=AF 3、幾個壓力單位的換算、幾個壓力單位的換算 壓力的單位是帕斯卡，簡稱帕，以符號壓力的單位是帕斯卡，簡稱帕，以符號Pa表示，采用帕表示，采用帕(Pa)作為壓力的單位，在工作為壓力的單位，在工程實用上顯得太小，而數(shù)值太大，所以實程實用上顯得太小，而數(shù)值太大，所以實際上采用千帕際上采用千帕(KPa)或兆帕或兆帕(MPa)作為壓力作為壓力的實用單位，它們與帕的實用單位，它們與帕(Pa)的關(guān)系為的關(guān)系為 此外，暫時與國際單位制壓力單位并用的此外，暫時與國際單位制壓力單位并用的壓力單位還有：巴壓力單位還有：巴(bar) 1bar=10

7、Pa=01MPaPaKPa3101PaMPa61015 4、液柱高度、液柱高度 壓力的大小有時用汞柱或水柱的高度表示。壓力的大小有時用汞柱或水柱的高度表示。如圖如圖(113)所示，設液注的截面積為所示，設液注的截面積為A，高度為高度為Z，液體的密度為，液體的密度為，則作用于底面，則作用于底面積積A上的總作用力上的總作用力F應為該液柱的重量，即應為該液柱的重量，即 則則 由于液體的密度由于液體的密度為定值，所以液柱的高度為定值，所以液柱的高度與壓力成正比，因此用液柱的高度就可以代與壓力成正比，因此用液柱的高度就可以代表壓力的大小。表壓力的大小。gAzFZgZAFP 5、物理大氣壓或標準大氣壓、物

8、理大氣壓或標準大氣壓 它是在緯度為它是在緯度為45，大氣溫度為，大氣溫度為0的海平的海平面上的大氣常年平均壓力，通過氣壓計測面上的大氣常年平均壓力，通過氣壓計測定定1個物理大氣壓為個物理大氣壓為760毫米汞柱高毫米汞柱高，即，即 1 atm = 760mmHg 若把物理大氣壓換算成若把物理大氣壓換算成SI制中常用的制中常用的單位，即得單位，即得 1atm=760133.32=101325Nm =1.01325bar 6、工程大氣壓或大氣壓、工程大氣壓或大氣壓 工程制中力的單位為千克，面積的單位為工程制中力的單位為千克，面積的單位為平方米，于是壓力的單位是千克每平方米平方米，于是壓力的單位是千克

9、每平方米( )。在工程實用上這個單位亦顯得太。在工程實用上這個單位亦顯得太小，所以取千克每平方厘米（小，所以取千克每平方厘米（ ）作）作為實際應用的單位，顯而易見為實際應用的單位，顯而易見 1 =10 1at =0.98bar=735.6mmHg=0.968atm22/cmkg2/cmkg42/mkg2/cmkgbarmNcmkgcmkg98. 0/81. 910/10/124242 7、液柱高度表示的壓力、液柱高度表示的壓力 在熱力學中描寫氣體的狀態(tài)時，壓力應是在熱力學中描寫氣體的狀態(tài)時，壓力應是氣體的真實壓力或絕對壓力；它的數(shù)值不氣體的真實壓力或絕對壓力；它的數(shù)值不能用測量儀表直接測得，而

10、是根據(jù)力學平能用測量儀表直接測得，而是根據(jù)力學平衡的概念利用氣壓計與壓力表或衡的概念利用氣壓計與壓力表或U形管兩形管兩者綜合求得。如果氣體的絕對壓力者綜合求得。如果氣體的絕對壓力 P 高高于大氣壓力，如圖于大氣壓力，如圖114a所示，則所示，則 P = B + P 式中式中 B氣壓計測出的當?shù)卮髿鈮毫?；氣壓計測出的當?shù)卮髿鈮毫Γ籥bsabsga L用液柱測出或用彈簧管式的壓力表測用液柱測出或用彈簧管式的壓力表測出：它是容器內(nèi)的氣體壓力高于當?shù)卮髿獬觯核侨萜鲀?nèi)的氣體壓力高于當?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)值，所以叫做表壓力或超出壓力，壓力的數(shù)值，所以叫做表壓力或超出壓力，在圖在圖114a中，中， 如果氣體的絕

11、對壓力如果氣體的絕對壓力P由低于大氣壓力，由低于大氣壓力，如圖如圖114b所示，則所示，則 式中式中 B氣壓計測出的當?shù)卮髿鈮毫?；氣壓計測出的當?shù)卮髿鈮毫Γ?用液柱測或儀表測出的氣體壓用液柱測或儀表測出的氣體壓力；力；ZPgavaabsPBPvaP 是容器內(nèi)的壓力低于當?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)是容器內(nèi)的壓力低于當?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)值，其值越大，則氣體的絕對壓力越小，值，其值越大，則氣體的絕對壓力越小，亦即越接近真空，所以亦即越接近真空，所以 叫為真空度，測叫為真空度，測定真空度的儀表叫做真空表。在圖定真空度的儀表叫做真空表。在圖114b中中 上述的上述的 ，B， ， ，的關(guān)系可用圖，的關(guān)系可用圖115表示。

12、表示。 vaPvaPzPvaabsPgaPvaP 在某一確定的狀態(tài)下，氣體的絕對壓力保持在某一確定的狀態(tài)下，氣體的絕對壓力保持不變，但是由于外界環(huán)境的變化，例如氣候不變，但是由于外界環(huán)境的變化，例如氣候的突變，氣壓計的讀數(shù)將發(fā)生變化，因此的突變，氣壓計的讀數(shù)將發(fā)生變化，因此 亦將發(fā)生變化；所以亦將發(fā)生變化；所以 不是單值地與此確不是單值地與此確定狀態(tài)對應，因而它不是一個狀態(tài)參數(shù)，這定狀態(tài)對應，因而它不是一個狀態(tài)參數(shù)，這可由圖可由圖116看出?？闯?。gaPgaP 例例 用用U形管測出某實驗設備的出口壓力形管測出某實驗設備的出口壓力是是05mHg,而實驗室內(nèi)的氣壓計讀數(shù)為而實驗室內(nèi)的氣壓計讀數(shù)為7

13、50mmHg，求該實驗設備的出口絕對壓，求該實驗設備的出口絕對壓力是多少力是多少? 解：解： 利用式利用式(1113)得實驗設備的出得實驗設備的出口絕對壓力是口絕對壓力是 =750+0.51000=1250mmHg =1250133.3=1.66710 Pa=1.67barabsP5 例例114，氧氣瓶上安裝的壓力表指示的，氧氣瓶上安裝的壓力表指示的壓力為壓力為47.5bar，這時氣壓計上的讀數(shù)為，這時氣壓計上的讀數(shù)為755mmHg,求瓶內(nèi)氧氣韻絕對壓力是多少求瓶內(nèi)氧氣韻絕對壓力是多少? 解：解： 氣壓計上的讀數(shù)氣壓計上的讀數(shù)755mmHg換算為換算為 =1.007bar1bar 代人式代人式

14、(1113)得氧氣瓶內(nèi)的絕對壓力得氧氣瓶內(nèi)的絕對壓力為為 P =1.007+47.5=48.50748.5bar750755abs 三、溫度三、溫度 熱力學第零定律熱力學第零定律 溫度表示物質(zhì)冷熱的程度。兩個溫度不同溫度表示物質(zhì)冷熱的程度。兩個溫度不同的物體相接觸，高溫物體的溫度降低，低的物體相接觸，高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，兩者之間有熱的傳遞，溫物體的溫度升高，兩者之間有熱的傳遞，經(jīng)過一段時間后，兩者的溫度相等，它們經(jīng)過一段時間后，兩者的溫度相等，它們之間沒有熱量的傳遞，達到一個共同的熱之間沒有熱量的傳遞，達到一個共同的熱平衡狀態(tài)。溫度概念的建立以及溫度的測平衡狀態(tài)。溫度概念的

15、建立以及溫度的測定都是以熱平衡為依據(jù)的。由經(jīng)驗可知，定都是以熱平衡為依據(jù)的。由經(jīng)驗可知，若某物體（例如溫度計）分別與其它兩個若某物體（例如溫度計）分別與其它兩個物體處于熱平衡時（或溫度相等時），則物體處于熱平衡時（或溫度相等時），則這兩個物體彼此也處于熱平衡，即它們的這兩個物體彼此也處于熱平衡，即它們的溫度也必定相等溫度也必定相等這就是熱力學第零定這就是熱力學第零定律律。 分子運動論把溫度和氣體分子的平均移動動分子運動論把溫度和氣體分子的平均移動動能聯(lián)系起來，它們之間具有如下的簡單正比能聯(lián)系起來，它們之間具有如下的簡單正比關(guān)系關(guān)系 =CT （1115） 式中式中 T熱力學溫度；熱力學溫度； C

16、比例數(shù)，對任何氣體都是同一比例數(shù)，對任何氣體都是同一數(shù)值；數(shù)值； 分子的平均移動動能。分子的平均移動動能。220m220m 從式（從式（1115）可見，溫度的高低表示）可見，溫度的高低表示氣體分子的平均移動動能的大小，兩個溫氣體分子的平均移動動能的大小，兩個溫度不等的物體相接觸，通過接觸面上分子度不等的物體相接觸，通過接觸面上分子的互相碰撞。溫度較高的物體，即分子平的互相碰撞。溫度較高的物體，即分子平均移動動能較大的物體將部分能量傳給溫均移動動能較大的物體將部分能量傳給溫度較低的，即分子平均移動動能較小的物度較低的，即分子平均移動動能較小的物體，直到兩物體的平均移動動能相等時為體，直到兩物體的

17、平均移動動能相等時為止，亦即兩個物體的溫度相等，到達了熱止，亦即兩個物體的溫度相等，到達了熱平衡的狀態(tài)。平衡的狀態(tài)。 溫度的高低使物體的體積、飽和蒸氣壓、溫度的高低使物體的體積、飽和蒸氣壓、氣態(tài)物質(zhì)在定容下的壓力或在定壓下的容氣態(tài)物質(zhì)在定容下的壓力或在定壓下的容積、電阻、接觸電動勢等發(fā)生變化。因此，積、電阻、接觸電動勢等發(fā)生變化。因此，利用物質(zhì)的某一個隨冷熱程度有顯著變化利用物質(zhì)的某一個隨冷熱程度有顯著變化的物理量作為建立溫度計的標志。例如，的物理量作為建立溫度計的標志。例如，水銀溫度計就是利用水銀柱體體積與溫度水銀溫度計就是利用水銀柱體體積與溫度的關(guān)系，電阻溫度計就是利用金屬絲的電的關(guān)系，電

18、阻溫度計就是利用金屬絲的電阻與溫度的關(guān)系來決定溫度的高低。阻與溫度的關(guān)系來決定溫度的高低。 溫度的數(shù)值表示法叫做溫標。過去老的攝氏溫度的數(shù)值表示法叫做溫標。過去老的攝氏溫標規(guī)定在一個物理大氣壓純水結(jié)冰的溫度溫標規(guī)定在一個物理大氣壓純水結(jié)冰的溫度為為0，沸騰的溫度為，沸騰的溫度為100，其間的溫度，其間的溫度數(shù)值是按溫度與物質(zhì)物里量的線性函數(shù)確定數(shù)值是按溫度與物質(zhì)物里量的線性函數(shù)確定的。由于溫度計中所選的測溫物質(zhì)不同，作的。由于溫度計中所選的測溫物質(zhì)不同，作為溫度標志的物理量不同，切定的溫標除在為溫度標志的物理量不同，切定的溫標除在冰點與沸點相同外，其它溫度往往有較小的冰點與沸點相同外，其它溫度

19、往往有較小的差別。為了避免這些差異提高溫度測量的精差別。為了避免這些差異提高溫度測量的精確度，確度，1960年第十一次國際計量大會上通年第十一次國際計量大會上通過的熱力學溫標又名絕對溫標或開爾文溫標，過的熱力學溫標又名絕對溫標或開爾文溫標，它完全不依賴于任何測溫物質(zhì)的性質(zhì)。它完全不依賴于任何測溫物質(zhì)的性質(zhì)。 這種熱力學溫標用符號這種熱力學溫標用符號T表示；其單位為開表示；其單位為開爾文或簡稱為開，用符號爾文或簡稱為開，用符號K表示。熱力學溫表示。熱力學溫標是取水的三相點的溫度作為單一固定點，標是取水的三相點的溫度作為單一固定點，并規(guī)定水的三相點溫度為并規(guī)定水的三相點溫度為273.16K，而熱力

20、，而熱力學溫度單位開爾文為水的三相點溫度的學溫度單位開爾文為水的三相點溫度的1/273.16。所謂水三相點溫度的是指水的。所謂水三相點溫度的是指水的固、液、氣三態(tài)共存，并處于平衡狀態(tài)時固、液、氣三態(tài)共存，并處于平衡狀態(tài)時的溫度。水的三相點溫度比水的冰點溫度的溫度。水的三相點溫度比水的冰點溫度高高0.01K，所以水的冰點溫度在熱力學溫標，所以水的冰點溫度在熱力學溫標中為中為273.15K。 在攝氏溫標中，水的冰點溫度為在攝氏溫標中，水的冰點溫度為0C，而，而攝氏溫標用符號攝氏溫標用符號t表示，采取熱力學溫標相表示，采取熱力學溫標相同的間隔，因此，熱力學溫標和攝氏溫標同的間隔，因此，熱力學溫標和攝

21、氏溫標具有如下關(guān)系：具有如下關(guān)系： t = T273.15 或或 T = 273.15+ t 273+t 這是這是1960年第十一次國際計量大會對攝氏年第十一次國際計量大會對攝氏溫標所給予新的定義，它是從熱力學溫標溫標所給予新的定義，它是從熱力學溫標換算出來的，并且應該給以全名為熱力學換算出來的，并且應該給以全名為熱力學攝氏溫標。攝氏溫標。 選取水的三相點作為參考點比選水的冰點選取水的三相點作為參考點比選水的冰點作為參考點的好處有二：一是實驗裝置中作為參考點的好處有二：一是實驗裝置中三相點的溫度比較容易穩(wěn)定，可長期維持三相點的溫度比較容易穩(wěn)定，可長期維持在萬分之一度內(nèi)不變；二是三相點不牽涉在萬

22、分之一度內(nèi)不變；二是三相點不牽涉到外界條件，如大氣壓等。到外界條件，如大氣壓等。15 氣體狀態(tài)參數(shù)的特性氣體狀態(tài)參數(shù)的特性 一、狀態(tài)參數(shù)的單值性一、狀態(tài)參數(shù)的單值性 前述的三個基本狀態(tài)參數(shù)描述了在某一瞬前述的三個基本狀態(tài)參數(shù)描述了在某一瞬時體系所處的狀態(tài)，也就是說，體系處于時體系所處的狀態(tài)，也就是說，體系處于平衡狀態(tài)時，才可以用這些狀態(tài)參數(shù)來表平衡狀態(tài)時，才可以用這些狀態(tài)參數(shù)來表示，而且某一參數(shù)只能有一個數(shù)值，不可示，而且某一參數(shù)只能有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值，所以能有兩個或兩個以上的數(shù)值，所以狀態(tài)參狀態(tài)參數(shù)的本身就說明了狀態(tài)的單值性數(shù)的本身就說明了狀態(tài)的單值性，這不僅，這不僅對

23、比容、壓力和溫度三個基本狀態(tài)參數(shù)適對比容、壓力和溫度三個基本狀態(tài)參數(shù)適用，而且對以后要介紹的內(nèi)能、焓和熵等用，而且對以后要介紹的內(nèi)能、焓和熵等狀態(tài)參數(shù)也適用。狀態(tài)參數(shù)也適用。 狀態(tài)參數(shù)的單值性，就是體系的熱力學狀狀態(tài)參數(shù)的單值性，就是體系的熱力學狀態(tài)一經(jīng)確定，則狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值即隨之確態(tài)一經(jīng)確定，則狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值即隨之確定，而與熱力學體系如何過渡到這一狀態(tài)定，而與熱力學體系如何過渡到這一狀態(tài)的變化過程無關(guān)。的變化過程無關(guān)。確定狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)叫確定狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)叫做點函數(shù)，它具有以下的數(shù)學特征。做點函數(shù)，它具有以下的數(shù)學特征。 在任意變化過程中，熱力學體系從狀態(tài)在任意變化過程中，熱力學體系從狀態(tài)1

24、過過渡到狀態(tài)渡到狀態(tài)2時，狀態(tài)參數(shù)的變化量，永遠等時，狀態(tài)參數(shù)的變化量，永遠等于其起始狀態(tài)下的和終了狀態(tài)下的此狀態(tài)參于其起始狀態(tài)下的和終了狀態(tài)下的此狀態(tài)參數(shù)的差值，而與過渡的方式無關(guān)，即數(shù)的差值，而與過渡的方式無關(guān)，即 式中式中 Z任意狀態(tài)參數(shù)。任意狀態(tài)參數(shù)。2112ZZdZ 當熱力學體系自起始狀態(tài)經(jīng)歷一個變化過當熱力學體系自起始狀態(tài)經(jīng)歷一個變化過程，最后又回到起始狀態(tài)，即完成一個封程，最后又回到起始狀態(tài)，即完成一個封閉的變化過程，此時，狀態(tài)參數(shù)的變化量閉的變化過程，此時，狀態(tài)參數(shù)的變化量為為0，即，即 由上所述，可見狀態(tài)函數(shù)的微分應為全由上所述，可見狀態(tài)函數(shù)的微分應為全微分。微分。 狀態(tài)參數(shù)的本身雖然具有單值性，但是，狀態(tài)參數(shù)的本身雖然具有單值性，但是，各個狀態(tài)參數(shù)之間，并不都是互不相關(guān)的各個狀態(tài)參數(shù)之間，并不都是互不相關(guān)的參數(shù)。經(jīng)驗和理論證明，在沒有化學反應參數(shù)。經(jīng)驗和理論證明，在沒有化學反應的工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，基本狀態(tài)參數(shù)了的工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，基本狀態(tài)參數(shù)了維持一定的函