中考物理輔導(dǎo)－－理想氣體的內(nèi)能及其變化

1、中考物理輔導(dǎo)理想氣體的內(nèi)能及其變化氣體的內(nèi)能是描繪氣體狀態(tài)性質(zhì)的物理量，是由氣體內(nèi)部狀態(tài)所決定的能量，對于一定質(zhì)量的氣體，只要溫度和體積確定了，它的狀態(tài)也就確定了，在此狀態(tài)下的內(nèi)能也就被唯一地確定了，即內(nèi)能是狀態(tài)的單值函數(shù)，做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，當(dāng)氣體由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過任意過程變化到另一狀態(tài)時，氣體內(nèi)能的增量U等于在這一過程中外界對氣體所做的功W和氣體所吸收的熱量Q之和，即U=WQ，這就是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表述，對于一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能，焦耳在1845年做了著名的氣體自由膨脹的實驗，得到了理想氣體內(nèi)能的性質(zhì)。一、理想氣體的內(nèi)能焦耳的實驗裝置如圖1所示，容器A部充以壓強較低的

2、氣體可以看成理想氣體，容器B部為真空，A、B用活門C隔開，整個裝置浸入一個有絕熱殼的水量熱器中，當(dāng)整個裝置與水到達熱平衡以后，翻開活門C氣體將膨脹充滿整個容器，測量膨脹前后氣體和水的平衡溫度，發(fā)現(xiàn)沒有改變，這個結(jié)果說明氣體在膨脹前后的溫度沒有變化，同時也說明氣體在膨脹過程中與水沒有熱量的交換，即Q=0，由于氣體向真空中膨脹不受任何阻礙，所以外界對氣體不做功W=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，U=0，即氣體在這一過程中內(nèi)能沒有發(fā)生變化，可見這是一個氣體體積改變而內(nèi)能保持不變的過程，實驗結(jié)果又說明此過程中氣體的溫度并沒改變，這就說明氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)而跟體積無關(guān)，因此得到結(jié)論：理想氣體的內(nèi)能只與溫度有

3、關(guān)，與體積無關(guān)，這一結(jié)論稱為焦耳定律。從氣體分子動理論的觀點來看，氣體的內(nèi)能是氣體中所有分子熱運動的動能和分子間互相作用的勢能的總和，而分子熱運動的動能與氣體的溫度有關(guān)，分子間互相作用的勢能與氣體的體積有關(guān)，所以氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù)，而理想氣體，是指分子間沒有互相作用和分子可以看作沒有大小的質(zhì)點的氣體，因此理想氣體內(nèi)能中就不存在分子間互相作用的勢能，所以，理想氣體的內(nèi)能只是所有分子熱運動的動能的總和，而分子熱運動的動能只與溫度有關(guān)，故理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與體積無關(guān)。二、理想氣體內(nèi)能的變化下面我們來分析理想氣體在一些簡單過程中內(nèi)能的變化。1、等容過程一定質(zhì)量的理想氣體在體積不變的情況下，由初態(tài)Ap1，V，T1變到末態(tài)Bp2，V，T2，其過程如圖2、圖3所示，因為氣體體積不變，所以W=0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有U=Q，可見理想氣體在等容過程中，內(nèi)能的變化完全是由外界對氣體傳遞的熱量決定的：假設(shè)理想氣體等容吸熱圖2，Q0，那么T2T1，p2p1，U0，即理想氣體在等容吸熱過程中，溫度升高，壓強增大，理想氣體從外界吸收熱量，吸收的熱量全部用來增加自身的內(nèi)能；假設(shè)理想氣體等容放熱圖3，Q0，那么T2T1，p2p1，U0，即理想氣體在等容放熱過程中，溫度降低，壓強減小，理想氣體等