《氣體狀態(tài)參量》課件

氣體狀態(tài)參量氣體的基本概念氣體是由大量無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子組成的物質(zhì)狀態(tài)。氣體分子之間距離很大，相互作用力很弱，可以自由移動(dòng)。氣體沒(méi)有固定的形狀和體積，可以充滿任何容器。理想氣體的狀態(tài)參量1壓強(qiáng)氣體分子對(duì)器壁的撞擊所產(chǎn)生的壓力，是表征氣體分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度的一個(gè)物理量。2溫度反映氣體分子平均動(dòng)能大小的一個(gè)物理量，溫度越高，分子平均動(dòng)能越大。3體積氣體所占據(jù)的空間大小，體積越大，氣體分子運(yùn)動(dòng)的自由空間越大。壓強(qiáng)的概念和單位定義壓強(qiáng)是指作用在物體表面上的壓力與受力面積之比。它表示單位面積上所受的力的大小。單位壓強(qiáng)的常用單位是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m2。壓強(qiáng)的測(cè)量方法1液柱式壓力計(jì)利用液體靜壓原理測(cè)量壓強(qiáng)2彈性元件式壓力計(jì)利用彈性元件形變來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)3電測(cè)式壓力計(jì)利用壓強(qiáng)變化引起電信號(hào)變化來(lái)測(cè)量壓強(qiáng)溫度的概念和單位定義溫度是表示物體冷熱程度的物理量。單位常用的溫度單位有攝氏度(°C)、華氏度(°F)和開(kāi)爾文(K)。零度0K稱為絕對(duì)零度，是理論上的最低溫度，在此溫度下，物質(zhì)的微觀粒子停止運(yùn)動(dòng)。溫度計(jì)的類型和原理水銀溫度計(jì)利用水銀的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但易碎，水銀有毒。酒精溫度計(jì)利用酒精的熱膨脹系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，比水銀溫度計(jì)更安全，但精度較低。數(shù)字溫度計(jì)利用熱敏電阻或熱電偶等傳感器，精度高，讀取方便，但成本較高。體積的概念和單位體積的定義氣體的體積是指氣體所占據(jù)的空間的大小。它是一個(gè)標(biāo)量，通常用立方米(m3)或升(L)來(lái)表示。體積的單位常用的體積單位包括立方米(m3)、升(L)、毫升(mL)、立方厘米(cm3)等。1m3=1000L=10^6cm3.氣體的三種狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程適用于理想氣體，描述氣體壓力、體積、溫度和物質(zhì)的量之間的關(guān)系。范德華方程考慮分子間相互作用和分子體積，更準(zhǔn)確地描述真實(shí)氣體的行為。維里方程采用無(wú)窮級(jí)數(shù)展開(kāi)式，更精確地描述真實(shí)氣體的性質(zhì)，尤其在高壓下。理想氣體狀態(tài)方程pV=nRTp代表氣體的壓強(qiáng)，V代表氣體的體積，n代表氣體的摩爾數(shù)，R代表氣體常數(shù)，T代表氣體的絕對(duì)溫度。應(yīng)用該方程可以用于計(jì)算氣體的壓強(qiáng)、體積、摩爾數(shù)或溫度。條件該方程僅適用于理想氣體，即氣體分子之間沒(méi)有相互作用力，且氣體分子體積可以忽略不計(jì)。狀態(tài)變化的類型等溫變化：溫度不變，體積和壓強(qiáng)變化等壓變化：壓強(qiáng)不變，體積和溫度變化等容變化：體積不變，溫度和壓強(qiáng)變化絕熱變化：與外界沒(méi)有熱交換，溫度、體積和壓強(qiáng)均變化等溫變化溫度不變?cè)诘葴刈兓^(guò)程中，氣體的溫度保持恒定。體積與壓強(qiáng)成反比根據(jù)玻意耳定律，當(dāng)溫度不變時(shí)，氣體的體積與壓強(qiáng)成反比。理想氣體狀態(tài)方程在等溫變化中，理想氣體狀態(tài)方程可以簡(jiǎn)化為PV=常數(shù)。等壓變化1定義氣體在壓力保持不變的情況下發(fā)生體積和溫度的變化稱為等壓變化2公式等壓變化遵循以下公式:V/T=常數(shù)3應(yīng)用等壓變化廣泛應(yīng)用于氣體膨脹和壓縮過(guò)程，例如熱機(jī)和制冷機(jī)等容變化1體積不變氣體體積保持恒定2溫度升高壓強(qiáng)升高3溫度降低壓強(qiáng)降低絕熱變化1無(wú)熱量交換系統(tǒng)與外界之間沒(méi)有熱量交換2溫度變化氣體做功，溫度降低3應(yīng)用場(chǎng)景壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣體的狀態(tài)參量1混合氣體由兩種或兩種以上氣體組成的混合氣體。2總壓混合氣體的總壓等于各組分氣體分壓之和。3分壓混合氣體中某組分氣體所占的壓強(qiáng)。分壓定律氣體混合當(dāng)兩種或多種氣體混合在一起時(shí)，每種氣體都會(huì)對(duì)混合氣體的總壓產(chǎn)生貢獻(xiàn)。分壓每種氣體的分壓是指該氣體單獨(dú)占據(jù)混合氣體總體積時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)。定律內(nèi)容混合氣體的總壓等于各組分氣體分壓之和。氣體密度的測(cè)定1質(zhì)量法利用天平稱量一定體積氣體的質(zhì)量，再根據(jù)密度公式計(jì)算。2體積法利用量筒或氣體體積計(jì)測(cè)量一定質(zhì)量氣體的體積，再根據(jù)密度公式計(jì)算。3理想氣體狀態(tài)方程法利用理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算氣體密度。摩爾體積和摩爾質(zhì)量摩爾體積1摩爾任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下所占的體積都為22.4升。摩爾質(zhì)量1摩爾物質(zhì)的質(zhì)量，單位為克/摩爾（g/mol）。關(guān)系摩爾質(zhì)量=氣體密度*摩爾體積。氣體的分子動(dòng)理論氣體分子運(yùn)動(dòng)氣體分子處于永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)中，它們之間存在著相互作用力。氣體分子間距離氣體分子間距離遠(yuǎn)大于分子本身的尺寸，因此氣體分子間的作用力很弱。氣體分子碰撞氣體分子之間發(fā)生頻繁的碰撞，這些碰撞是彈性的，即動(dòng)能守恒。氣體的平均自由程碰撞頻率氣體分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)不斷地相互碰撞。平均自由程氣體分子兩次碰撞之間所經(jīng)過(guò)的平均距離被稱為平均自由程。影響因素氣體分子的平均自由程與氣體密度和分子直徑有關(guān)。氣體分子的動(dòng)能溫度與動(dòng)能氣體分子的平均動(dòng)能與氣體的溫度成正比。溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越快，動(dòng)能越大。動(dòng)能公式單個(gè)氣體分子的動(dòng)能可以用公式Ek=1/2*mv2來(lái)計(jì)算，其中m是分子的質(zhì)量，v是分子的速度。氣體分子的勢(shì)能分子間作用力氣體分子之間存在著相互作用力，包括引力和斥力。勢(shì)能與分子間距離有關(guān)，距離越近，勢(shì)能越低。勢(shì)能曲線勢(shì)能曲線描述了分子間勢(shì)能隨距離的變化關(guān)系，可以用來(lái)分析分子間作用力的性質(zhì)。影響因素氣體分子的勢(shì)能受多種因素影響，包括分子種類、溫度、壓力等。氣體的內(nèi)能動(dòng)能氣體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，具有動(dòng)能。勢(shì)能氣體分子之間存在相互作用力，具有勢(shì)能?？偤蜌怏w的內(nèi)能是所有氣體分子動(dòng)能和勢(shì)能的總和。氣體的熱容和比熱容熱容物體溫度升高1攝氏度所需的熱量，用C表示，單位為焦耳每攝氏度（J/℃）。比熱容單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1攝氏度所需的熱量，用c表示，單位為焦耳每千克攝氏度（J/(kg·℃)）。氣體熱力學(xué)定律熱力學(xué)第一定律能量守恒定律。系統(tǒng)所吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量和對(duì)外所做的功的總和。熱力學(xué)第二定律熱量只能從高溫物體自發(fā)地傳遞到低溫物體，不能從低溫物體自發(fā)地傳遞到高溫物體。熱力學(xué)第三定律當(dāng)溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，系統(tǒng)的熵值趨近于零，即系統(tǒng)達(dá)到完美有序狀態(tài)。熱學(xué)效率1定義熱學(xué)效率是指熱機(jī)將吸收的熱量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的比例，即有效利用的能量占總能量的比例。2公式熱學(xué)效率=有效利用的能量/總能量=功/熱量。3影響因素?zé)釞C(jī)的工作物質(zhì)、工作溫度、工作方式等因素會(huì)影響熱學(xué)效率。熱機(jī)和制冷機(jī)熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。制冷機(jī)將低溫物體吸收的熱量傳遞給高溫物體的機(jī)器。氣體的工程應(yīng)用航天航空氣體在航天航空領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，如火箭推進(jìn)劑、衛(wèi)星大氣層監(jiān)測(cè)