第三章 氣體動(dòng)理論
從本章開始,我們開始研究熱學(xué),它包括分子物理學(xué)和熱力學(xué),前者是對(duì)熱現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié),是解釋熱現(xiàn)象的宏觀理論,后者是人物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)和它們之間的相互作用出發(fā)研究熱現(xiàn)象的規(guī)律,是熱現(xiàn)象的微觀理論。在物質(zhì)的氣、液、固三態(tài)中,氣態(tài)的性質(zhì)最簡(jiǎn)單,且應(yīng)用廣泛,所以本章研究就從氣體開始,氣體動(dòng)理論就是氣體熱現(xiàn)象的微觀理論。
一、分子運(yùn)動(dòng)的基本概念:(識(shí)記)
分子運(yùn)動(dòng)的基本概念就是三條基本原理:
1、自然界中一切物體都是由大量不連續(xù)的、彼此間有一定距離的微粒所組成,這種微粒稱為分子。(分子是什么)
2、分子之間有相互作用力,包括相互吸引力和相互排斥力(分子作用力)
3、分子永不停息地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)(分子“多動(dòng)癥”)
二、氣體的狀態(tài)參量、平衡狀態(tài)(領(lǐng)會(huì))
從宏觀角度看,氣體的狀態(tài)可用體積V、壓強(qiáng)P、溫度t、T來表示。這里要注意的是,氣體的體積不是氣體分子體積的總和;在靜止的氣體內(nèi),同一點(diǎn)處不同方向的面積上的壓強(qiáng)都相等;溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)兩種常用溫標(biāo)。這三個(gè)量是描述一定量氣體特征必須的三個(gè)參量。
記住這幾個(gè)單位換算:1mmHg=133.3Pa 1atm=760mmHg=1.013×105Pa T=273.15+t
在氣體處于平衡狀態(tài)時(shí),氣體占據(jù)一定體積、其內(nèi)部處處溫度相同、壓強(qiáng)也皆相同。
弛豫時(shí)間就是指氣體停止與外界進(jìn)行能量交換時(shí)起到平衡狀態(tài)所經(jīng)過的時(shí)間。
氣體的狀態(tài)變化過程一般都是非平衡過程。平衡過程是一種理想過程,但是只要過程進(jìn)行得足夠緩慢,這樣的過程就稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程,可視為平衡過程。
三、理想氣體物態(tài)方程(領(lǐng)會(huì)及綜合應(yīng)用)
這里有兩個(gè)定律:1、氣體定律
P1V1 = P2V2 =常量
T1 T2
2、阿伏加德羅定律:在相同的溫度和壓強(qiáng)下,1 mol的任何氣體所占據(jù)的體積都相同。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,即壓強(qiáng)Po=1atm、溫度T0=273.15K時(shí),1mol的任何氣體的體積均為v0=22.41L/mol.
請(qǐng)記憶阿伏加德羅常量:NA=6.022×1023mol1
上面兩個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律表明,氣體在低壓、高溫情況下具有相似的性質(zhì),但是如果溫度和壓強(qiáng)變化達(dá)到一定程度的時(shí)候,情況就不同了。為了便于研究,我們假設(shè)存在這樣一種氣體,它在任何壓強(qiáng)、溫度下,都嚴(yán)格遵守上面的氣體實(shí)驗(yàn)定律,這就是理想氣體,它很理想,但是不存在。
PV = P0V =常量R T T0
根據(jù)氣體定律,我們可以得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,對(duì)1mol的任何理想氣體,其常量都是一樣的:
這個(gè)常量R是與氣體性質(zhì)無關(guān)的普適常量。因此1mol理想氣體的三個(gè)參量P、v、T之間的關(guān)系可寫為 Pv=RT 這個(gè)方程就是1摩爾理想氣體的物態(tài)方程。
對(duì)于任意質(zhì)量的M的理想氣體,上述公式變?yōu)椋?/p>
PV = M RT
Mmol
這一段是本章重點(diǎn)內(nèi)容,需要掌握的就是運(yùn)用這幾個(gè)公式去計(jì)算空氣或其他氣體的各種參量和物理性質(zhì)。如果可能的話,應(yīng)該記住兩種單位制下R的數(shù)值。(國(guó)際單位制:8.314J/molK、大氣壓、升制 8.206×102atm L/(molK))
四、氣體動(dòng)理論壓強(qiáng)公式(領(lǐng)會(huì))
這一段研究的是壓強(qiáng)與氣體分子運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。
要領(lǐng)會(huì)的東東是:理想氣體的微觀模型就是把理想氣體看成是許多個(gè)分子本身體積忽略,除碰撞時(shí)以外相互間無作用力的彈性小球的集合。理想氣體壓強(qiáng)公式要記憶:
這個(gè)公式表明,氣體的壓強(qiáng)成因是由大量分子對(duì)器壁的碰撞而產(chǎn)生的,它反映了大量分子對(duì)器壁碰撞而產(chǎn)生的平均效果,只有在分子數(shù)足夠大時(shí),器壁所獲得的沖量才有確定的統(tǒng)計(jì)平均值,離開大量分子,壓強(qiáng)就失去了意義。這個(gè)公式給出了壓強(qiáng)這個(gè)宏觀量與表征氣體內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值的關(guān)系。
五、氣體動(dòng)理論溫
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