光的原理課件7.2 理想氣體的狀態(tài)方程

7.2理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律氣體的狀態(tài)變化

一、氣體的狀態(tài)變化

一定質(zhì)量的氣體，它的溫度、體積和壓強(qiáng)這三個(gè)量的變化是互相關(guān)聯(lián)的。例如，把一定質(zhì)量的氣體壓縮到鋼筒里去，氣體的體積就縮小了，同時(shí)它的壓強(qiáng)會(huì)增大，溫度會(huì)上升。

對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，如果這三個(gè)參量都不改變，我們就說氣體處于平衡狀態(tài)。如果這三個(gè)參量或任意兩個(gè)參量同時(shí)改變，我們就說氣體的狀態(tài)改變了。

一定質(zhì)量的氣體，在保持溫度T不變時(shí)，它的壓強(qiáng)p跟體積V成反比，即

二、氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律1.氣體的等溫變化（等溫過程）p1V1=p2V2

一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)壓強(qiáng)p保持不變時(shí)，它的體積V跟熱力學(xué)溫度T成正比，即2.氣體的等壓變化（等壓過程）

一定質(zhì)量的氣體，在保持體積V不變時(shí)，它的壓強(qiáng)p跟熱力學(xué)溫度T成正比，即3.氣體的等容變化（等容過程）

說明：理想氣體是一種理想的物理模型，實(shí)際上并不存在。它只是實(shí)際氣體在一定條件下的近似。有許多實(shí)際氣體，如空氣、氫氣、氧氣、氮?dú)狻⒑獾?，在壓?qiáng)不太大，溫度不太低的條件下，都可以把它們當(dāng)作理想氣體來處理。

能嚴(yán)格遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫理想氣體。

三、理想氣體狀態(tài)方程

如圖所示，在刻度尺上固定一個(gè)一端封閉的U型管，其封閉端有一段被水銀柱封閉在里面的氣體柱。將U型管浸沒在燒杯的水中，只留左端露出水面，可以看出氣體的體積和壓強(qiáng)將同時(shí)發(fā)生變化。記下幾組溫度、體積和壓強(qiáng)的數(shù)值，計(jì)算每次測(cè)得的pV/T值?？梢园l(fā)現(xiàn)，比值pV/T是一個(gè)恒量。

一定質(zhì)量的理想氣體，它的壓強(qiáng)和體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值，在狀態(tài)變化時(shí)始終保持不變，這就是理想氣體狀態(tài)方程，簡(jiǎn)稱氣態(tài)方程。即

例1如圖所示是一根一端封閉的粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管，用一段h=16

cm長(zhǎng)的水銀將一部分空氣封閉在細(xì)玻璃管里。當(dāng)玻璃管開口向上堅(jiān)直放置時(shí)，管內(nèi)空氣柱長(zhǎng)L1=15

cm，當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)為p0=76

cmHg。當(dāng)玻璃管開口向下豎直放置時(shí)，管內(nèi)空氣柱的長(zhǎng)度該是多少？

解：已知

因?yàn)槭堑葴刈兓?，由p1V1

=p2V2

得

例2氣焊用的氧氣儲(chǔ)存于容積是100

L的筒內(nèi)，這時(shí)筒上壓強(qiáng)計(jì)顯示的壓強(qiáng)是60

p0(p0=1.0×105Pa)，筒的溫度是16

℃，求筒里氧氣的質(zhì)量。已知在溫度為0

℃，壓強(qiáng)為p0時(shí)，氧氣的密度

ρ0=1.43kg/m3

。

分析：本題的研究對(duì)象是筒內(nèi)一定質(zhì)量的氧氣。由于不知氧氣在溫度為16℃、壓強(qiáng)為60

p0下的密度，但知道氧氣在溫度為0

℃、壓強(qiáng)為p0時(shí)的密度，所以要用氣體狀態(tài)方程算出在溫度為0

℃，壓強(qiáng)為p0下的體積，再根據(jù)密度公式算出氧氣的質(zhì)量。氧氣瓶p1=60p0

，V1=100L，T1=（273+16）K=289K

p2=p0

，T2=（273+0）K=273K

解：由理想氣體狀態(tài)方程得

求V2=？

氧氣有兩個(gè)狀態(tài)，狀態(tài)1和狀態(tài)2的參量分別為

練習(xí)

p1=2×105Pa,

V1=5cm3,T1=277K

p2=10

5Pa，T2=300K

解：由理想氣體狀態(tài)方程得1.在湖底處有一個(gè)溫度為4℃、體積為5

cm3的氣泡升到湖面上。如果在湖底的壓強(qiáng)為2×105

Pa，在湖面上溫度為27℃、壓強(qiáng)為105Pa，求它升到湖面時(shí)的體積。

分析：氣泡在湖底和湖面的狀態(tài)參量分別為

解：2.裝有氧氣的鋼瓶在17℃時(shí)，瓶上壓強(qiáng)計(jì)的示數(shù)是9.5×105

Pa，運(yùn)到溫度為-13℃的工地時(shí)，壓強(qiáng)計(jì)的示數(shù)是8×105Pa，這個(gè)鋼瓶是否漏氣？為什么？

分析：如果鋼瓶不漏氣，則