理想氣體狀態(tài)方程（課堂PPT）

1、12 研究對(duì)象研究對(duì)象 熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng) : 構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不休止的無規(guī)運(yùn)動(dòng)休止的無規(guī)運(yùn)動(dòng) .熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象 : 與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化。與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化。單個(gè)單個(gè)分子分子 無序、具有偶然性、遵循力學(xué)規(guī)律無序、具有偶然性、遵循力學(xué)規(guī)律.研究對(duì)象特征研究對(duì)象特征整體整體（大量分子）（大量分子） 服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 . 宏宏觀量：觀量：表示大量分子集體特征的物理量（可直表示大量分子集體特征的物理量（可直接測(cè)量）接測(cè)量）, 如如 等等 .TVp, 微微觀量：觀量：描述個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量（不可描述個(gè)別分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量（不可直接測(cè)量

2、），如分子的直接測(cè)量），如分子的 等等 .v,m3宏宏觀量觀量微微觀量觀量統(tǒng)計(jì)平均統(tǒng)計(jì)平均 研究方法研究方法1. 熱力學(xué)熱力學(xué) 宏宏觀觀描述描述 實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)， 給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律，給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律，從能量觀點(diǎn)出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過程中熱功轉(zhuǎn)從能量觀點(diǎn)出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過程中熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系和條件換的關(guān)系和條件 . 1）具有可靠性；具有可靠性； 2）應(yīng)用宏觀參量應(yīng)用宏觀參量 .特點(diǎn)特點(diǎn)42. 氣體動(dòng)理論氣體動(dòng)理論 微微觀描述觀描述 研究大量數(shù)目的熱運(yùn)動(dòng)的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模研究大量數(shù)目的熱運(yùn)動(dòng)的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模型假設(shè)和統(tǒng)計(jì)方法型假設(shè)和統(tǒng)計(jì)方法 .兩種方法的關(guān)系兩種方

3、法的關(guān)系氣體動(dòng)理論氣體動(dòng)理論熱熱力學(xué)力學(xué)相輔相成相輔相成 1）揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)；揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)； 2）有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣 .特點(diǎn)特點(diǎn)5RTMmPV 1. .壓強(qiáng)壓強(qiáng)P 從力學(xué)角度描寫氣體狀態(tài)的物理從力學(xué)角度描寫氣體狀態(tài)的物理量。量。單位面積的壓力。單位面積的壓力。SFP國際單位：國際單位：牛頓牛頓/ /米米2，Nm- -2, , 帕（帕（Pa）1 Pa= =1 Nm- -2, , 常用單位：常用單位：大氣壓，大氣壓，atmPa10013.1atm151.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 二、狀態(tài)參量的含義二、狀態(tài)參量的含義

4、6其它單位：其它單位：厘米汞柱，厘米汞柱，cmHg托，托，TorrPa101.333mmHg1Torr12Pa10333.1cmHg132. .體積體積 V 從幾何角度描寫氣體狀態(tài)的物理量。從幾何角度描寫氣體狀態(tài)的物理量。 -氣體分子氣體分子活動(dòng)的空間活動(dòng)的空間體積。體積。 對(duì)于對(duì)于理想氣體理想氣體分子大小不計(jì)，分子活分子大小不計(jì)，分子活動(dòng)的空間體積就是動(dòng)的空間體積就是容器的體積容器的體積。1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 二、狀態(tài)參量的含義二、狀態(tài)參量的含義7國際單位：國際單位：米米3，m3常用單位：常用單位：升，升，ll3310m13. .溫度溫度T 從熱學(xué)角度描寫氣體狀態(tài)

5、的物理量。從熱學(xué)角度描寫氣體狀態(tài)的物理量。國際單位：國際單位：絕對(duì)溫標(biāo)絕對(duì)溫標(biāo) T 開，開，k常用單位：常用單位：攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo) t 度，度，C15.273tT1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 二、狀態(tài)參量的含義二、狀態(tài)參量的含義8 理想氣體是一種理想化的模型，它的理想氣體是一種理想化的模型，它的模型有兩種。模型有兩種。宏觀模型宏觀模型溫度不太低溫度不太低壓強(qiáng)不太高壓強(qiáng)不太高1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 一、理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程9微觀模型微觀模型分子間的作用力不計(jì)分子間的作用力不計(jì)分子的體積不計(jì)分子的體積不計(jì)兩種模型是等價(jià)的，兩種模型是等價(jià)

6、的，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)較低時(shí)，當(dāng)氣體的壓強(qiáng)較低時(shí)，氣體較稀薄，分子間的距離較大，則分子氣體較稀薄，分子間的距離較大，則分子間的作用力可忽略不計(jì)，且分子間的距離間的作用力可忽略不計(jì)，且分子間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子本身的線度，分子的體積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子本身的線度，分子的體積也可忽略不計(jì)?？珊雎圆挥?jì)。 在外界條件一定的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部在外界條件一定的情況下，系統(tǒng)內(nèi)部各處均勻一致，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間各處均勻一致，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間 t 改變。改變。 1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 一、理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程10例如：例如：在一個(gè)容器中間，在一個(gè)容器中間，有一隔板，一邊為真空，有一隔板，

7、一邊為真空，另一邊盛有氣體，如果另一邊盛有氣體，如果外界條件不變的情況下，外界條件不變的情況下，氣體處于氣體處于熱平衡態(tài)熱平衡態(tài)，當(dāng)抽出隔板后，右邊的當(dāng)抽出隔板后，右邊的氣體向左邊擴(kuò)散，氣體氣體向左邊擴(kuò)散，氣體密度不均勻，氣體處于密度不均勻，氣體處于非平衡態(tài)非平衡態(tài)，經(jīng)過一段時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間后，內(nèi)部均勻一致，間后，內(nèi)部均勻一致，達(dá)到新的達(dá)到新的熱平衡態(tài)熱平衡態(tài)。隔板隔板真空真空1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 一、理想氣體狀態(tài)方程一、理想氣體狀態(tài)方程11 理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)理想氣體處于熱平衡態(tài)下時(shí)，各狀態(tài)參量之間的關(guān)系。參量之間的關(guān)系。RTMmPV1. 1. 摩爾

8、數(shù)：摩爾數(shù)：Mm氣體質(zhì)量氣體質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量單位：摩爾，單位：摩爾，mol122. .普適氣體恒量普適氣體恒量 R1 -1 -kmolJ 31.8R1 -1 -kmollatm 082.0R1摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：摩爾氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下：000RTVP000TVPR273104 .2210013.135-R2734 .22atm1lR或或1 -1 -kmolJ 31.81 -1 -kmollatm 082.01.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 二、狀態(tài)參量的含義二、狀態(tài)參量的含義13RTMmPV 由理想氣體狀態(tài)方程由理想氣體狀態(tài)方程: :分子的質(zhì)量為分子的質(zhì)量為 m0，分子數(shù)為

9、，分子數(shù)為 N，氣體質(zhì)量：氣體質(zhì)量：0Nmm 摩爾質(zhì)量：摩爾質(zhì)量：00mNM N0為阿伏加德羅常數(shù)，為阿伏加德羅常數(shù)，23010022.6NRTmVNNmP0004.4.溫度公式溫度公式 / / 一、溫度公式一、溫度公式14nkTTNRVNP0其中其中VNnk為玻爾茲曼常數(shù)為玻爾茲曼常數(shù)0NRk為分子數(shù)密度為分子數(shù)密度2310022.631.8k/J1038.123-4.4.溫度公式溫度公式 / / 一、溫度公式一、溫度公式nkTPTP15. .理想氣體理想氣體. .處在熱平衡態(tài)處在熱平衡態(tài)RTMmPV理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程. .理想氣體理想氣體. .處在熱平衡態(tài)處在熱平衡態(tài)2221

10、11TVPTVP氣體定律氣體定律. .質(zhì)量不變質(zhì)量不變. .同種氣體同種氣體1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 三、適用條件三、適用條件161. .理想氣體狀態(tài)方程：單位要配套使用理想氣體狀態(tài)方程：單位要配套使用RTMmPV PVTRPam3 k8. 31Jm ol-1k-1atmlk0. 082atmlm ol-1k-12. .氣體定律：方程兩邊單位統(tǒng)一氣體定律：方程兩邊單位統(tǒng)一222111TVPTVP1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 四、注意幾點(diǎn)四、注意幾點(diǎn)17例：例：一氧氣瓶盛有體積為一氧氣瓶盛有體積為 V1= =30l，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 P1= =130 atm的氧氣，若壓強(qiáng)下降到的氧氣，若壓強(qiáng)下降到P2= =10 atm, ,就應(yīng)停止使用重新灌氣，有一車間每就應(yīng)停止使用重新灌氣，有一車間每天用掉天用掉 P3 = = 1 atm、V3 = = 40 l 的氧氣，問的氧氣，問這瓶氧氣能用幾天？設(shè)使用中溫度不變。這瓶氧氣能用幾天？設(shè)使用中溫度不變。解：解：由理想氣體狀態(tài)方程：由理想氣體狀態(tài)方程：RTMmPV有有RTPVMm 1.1.理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程 / / 五、應(yīng)用舉例五、應(yīng)用舉例18原氧氣瓶內(nèi)質(zhì)量原氧氣瓶內(nèi)質(zhì)量RTMVPm111氧氣瓶剩余質(zhì)量氧氣瓶剩余質(zhì)量RTMV