物理學(xué)熱學(xué)§1.4物態(tài)方程.ppt

1、一般物理教程熱學(xué)、兩元?dú)w北師范大學(xué)、1.4物態(tài)方程、1.4.1物態(tài)方程(equation of States)牙齒均衡狀態(tài)的系統(tǒng)，只要系統(tǒng)處于一定均衡狀態(tài)，系統(tǒng)的熱力學(xué)參數(shù)也同時(shí)確定。無(wú)論系統(tǒng)狀態(tài)如何變化，給定系統(tǒng)在平衡狀態(tài)的各熱力學(xué)參數(shù)之間都有明確的函數(shù)關(guān)系。我們將處于平衡狀態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)(如壓力、體積和溫度)之間滿(mǎn)足的函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為物質(zhì)的物態(tài)方程或狀態(tài)方程。例如，化學(xué)純氣體、液體和固體的溫度Ti可以分別表示為壓力pi和摩爾體積Vi，m。其中I分別代表氣體、液體和固體。分別描述氣體、液體、固體的物態(tài)方程。事實(shí)上，不僅限于氣體、液體和固體三種茄子情況。某些系統(tǒng)的溫度可能會(huì)隨著物理量的變

2、化而變化，即使V，P不變。例如，拉伸金屬會(huì)提高導(dǎo)線的溫度。此時(shí)線材的壓力和體積保持不變，但長(zhǎng)度L和內(nèi)部應(yīng)力F均增加，線材的溫度T為F，L的函數(shù)。f(F，L，T )=0牙齒式稱(chēng)為拉伸線材的物態(tài)方程式。其他各種物態(tài)方程也可能存在。物態(tài)方程都含有溫度T。物態(tài)方程往往是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法確定的徑向試驗(yàn)公式。1.4.2體膨脹系數(shù)、壓縮系數(shù)、壓力系數(shù)、熱膨脹現(xiàn)象、(1)體膨脹系數(shù)、壓縮系數(shù)、壓力系數(shù)狀態(tài)方程式有三個(gè)茄子變數(shù)。等溫壓縮系數(shù)必須大于0，因此有減號(hào)。(2)體膨脹系數(shù)表示壓力不變條件下單位溫度變化引起的體積相對(duì)變化。物體有三維結(jié)構(gòu)，所以體積變大必須伴隨流線的增加。牙齒特性用線膨脹系數(shù)表示。各向

3、同性物質(zhì)，即各個(gè)方向的物理性質(zhì)，都是相同的物質(zhì)。對(duì)于一次近似，體膨脹系數(shù)和線膨脹系數(shù)之間存在以下關(guān)系(3)相對(duì)壓力系數(shù)V:單位溫度變化引起的壓力的相對(duì)變化物質(zhì)系統(tǒng)物態(tài)方程的精確表達(dá)往往很復(fù)雜。在熱學(xué)宏觀理論中，只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量化學(xué)純物質(zhì)系統(tǒng)的物態(tài)方程。通過(guò)測(cè)量等溫壓縮系數(shù)、體脹系數(shù)、相對(duì)壓力系數(shù)，最后通常得到水狀態(tài)方程，(2)熱膨脹現(xiàn)象巖石加熱后急劇冷卻，在強(qiáng)烈收縮過(guò)程中巖石可能出現(xiàn)裂紋。2000多年前建成的都江堰水利工程(現(xiàn)在的世界文化遺產(chǎn))用這種方法削山開(kāi)河，熱膨脹也是引起巖石侵蝕的因素。白天和晚上的氣溫變化，冬天或夏天氣候突然變冷，熱膨脹變冷，巖石就會(huì)裂開(kāi)。巖石風(fēng)化，有些最終變成沙漠。熱

4、膨脹的照片，1.(a)氣體的實(shí)驗(yàn)定律只要在足夠大的溫度壓力變化范圍內(nèi)進(jìn)行比較細(xì)致的研究，就可以發(fā)現(xiàn)氣體的物態(tài)方程相當(dāng)復(fù)雜，與氣體遵循的定律也不同。但是壓力為零，多種氣體在物態(tài)方程中的差異消失，氣體遵循的規(guī)律也變得簡(jiǎn)單。我們把牙齒壓力牙齒為零的處于極限狀態(tài)的氣體稱(chēng)為理想氣體。將各種氣體的pV與P變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一起繪制成曲線。如圖中所示，當(dāng)T保持不變時(shí)，徐璐其他氣體的pV與P0一起朝向相同的限制，即pV=C。這是1662年英國(guó)科學(xué)家博伊爾和法國(guó)科學(xué)家馬約特在1662年。(a)理想氣體狀態(tài)方程，如果1摩爾氣體的常數(shù)為R，則pVm=RT表達(dá)式的R=8.31Jmol-1K-1稱(chēng)為普適氣體常數(shù)。如果氣體不是

5、1mol牙齒，而是質(zhì)量M，則氣體摩爾的質(zhì)量是Mm，m/Mm是氣體物質(zhì)的量(即摩爾數(shù))，pVm=(m/Mm)RT就是理想氣體物態(tài)方程。能?chē)?yán)格滿(mǎn)足理想氣體物態(tài)方程的氣體稱(chēng)為理想氣體，這是宏觀上對(duì)理想氣體的定義。從玻意耳定律、查理定律、蓋魯薩克定律中可以看出，有一定的理想氣體、1.4.3混合理想氣體物態(tài)方程。如圖所示，在P0中，各種氣體之間的差異已經(jīng)出現(xiàn)。這表明，只要?dú)怏w能滿(mǎn)足理想氣體條件，無(wú)論它是什么化學(xué)成分，理想氣體物態(tài)方程仍然適用。如果氣體由1摩爾A種氣體、2摩爾B種氣體等N種理想氣體混合組成，則混合體的總壓力P和混合氣體的體積V、溫度T之間必須存在以下關(guān)系：pV=(v1 v2 vn)RT稱(chēng)為

6、混合理想氣體狀態(tài)方程式。牙齒食用式的p1，p2，pn分別將其他氣體排出容器后，只留下I (i=1，2，N)類(lèi)氣體的壓力，稱(chēng)為I型氣體的分壓，稱(chēng)為混合理想氣體分壓定律。這是英國(guó)科學(xué)家道爾頓。它和理想氣體方程一樣，只有在壓力牙齒為零的情況下才能準(zhǔn)確成立。例1容積為10l的瓶子里儲(chǔ)存著氫，因開(kāi)關(guān)損壞而漏出空氣，溫度為7.0時(shí)氣壓計(jì)讀數(shù)為50atm，隨著時(shí)間的推移溫度上升到17，氣壓計(jì)讀數(shù)保持不變，問(wèn)有多少氫漏出來(lái)了。(阿爾伯特愛(ài)因斯坦，美國(guó)電視電視劇，氣壓計(jì)，氣壓計(jì)，氣壓計(jì)，氣壓計(jì)，氣壓計(jì))，解釋?zhuān)篢1=280K，P1=50安tm時(shí)集裝箱內(nèi)氫氣的質(zhì)量為T(mén)2今天打開(kāi)活塞，漏了一些水銀，所以開(kāi)管內(nèi)的水銀下降了H，問(wèn)封閉管內(nèi)的水銀面下降了多少。據(jù)悉，原封閉管內(nèi)的水銀面將空