理想气体状态方程

1、 研究对象研究对象 热运动热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动休止的无规运动 .热现象热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。与温度有关的物理性质的变化。单个单个分子分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律无序、具有偶然性、遵循力学规律.研究对象特征研究对象特征整体整体（大量分子）（大量分子） 服从统计规律服从统计规律 . 宏宏观量：观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）接测量）, 如如 等等 .TVp, 微微观量：观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），

2、如分子的直接测量），如分子的 等等 .v,m宏宏观量观量微微观量观量统计平均统计平均 研究方法研究方法1. 热力学热力学 宏宏观观描述描述 实验经验总结，实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件换的关系和条件 . 1）具有可靠性；具有可靠性； 2）应用宏观参量应用宏观参量 .特点特点2. 气体动理论气体动理论 微微观描述观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法型假设和统计方法 .两种方法的关系两种方法的关系

3、气体动理论气体动理论热热力学力学相辅相成相辅相成 1）揭示宏观现象的本质；揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .特点特点RTMmPV 1. .压强压强P 从力学角度描写气体状态的物理从力学角度描写气体状态的物理量。量。单位面积的压力。单位面积的压力。SFP国际单位：国际单位：牛顿牛顿/ /米米2，Nm- -2, , 帕（帕（Pa）1 Pa= =1 Nm- -2, , 常用单位：常用单位：大气压，大气压，atmPa10013.1atm151.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 二、状态参量的含义二、状态参量的含义其它单位：

4、其它单位：厘米厘米汞柱，汞柱，cmHg托，托，TorrPa101.333mmHg1Torr12Pa10333.1cmHg132. .体积体积 V 从几何角度描写气体状态的物理量。从几何角度描写气体状态的物理量。 -气体分子气体分子活动的空间活动的空间体积。体积。 对于对于理想气体理想气体分子大小不计，分子活分子大小不计，分子活动的空间体积就是动的空间体积就是容器的体积容器的体积。1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 二、状态参量的含义二、状态参量的含义国际单位：国际单位：米米3，m3常用单位：常用单位：升，升，ll3310m13. .温度温度T 从热学角度描写气体状态的物理量。从热

5、学角度描写气体状态的物理量。国际单位：国际单位：绝对温标绝对温标 T 开，开，k常用单位：常用单位：摄氏温标摄氏温标 t 度，度，C15.273tT1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 二、状态参量的含义二、状态参量的含义 理想气体是一种理想化的模型，它的理想气体是一种理想化的模型，它的模型有两种。模型有两种。宏观模型宏观模型温度不太低温度不太低压强不太高压强不太高1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程微观模型微观模型分子间的作用力不计分子间的作用力不计分子的体积不计分子的体积不计两种模型是等价的，两种模型是等价的，当气体的压强较

6、低时，当气体的压强较低时，气体较稀薄，分子间的距离较大，则分子气体较稀薄，分子间的距离较大，则分子间的作用力可忽略不计，且分子间的距离间的作用力可忽略不计，且分子间的距离远远大于分子本身的线度，分子的体积也远远大于分子本身的线度，分子的体积也可忽略不计。可忽略不计。 在外界条件一定的情况下，系统内部在外界条件一定的情况下，系统内部各处均匀一致，宏观性质不随时间各处均匀一致，宏观性质不随时间 t 改变。改变。 1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程例如：例如：在一个容器中间，在一个容器中间，有一隔板，一边为真空，有一隔板，一边为真空，另一边盛有

7、气体，如果另一边盛有气体，如果外界条件不变的情况下，外界条件不变的情况下，气体处于气体处于热平衡态热平衡态，当抽出隔板后，右边的当抽出隔板后，右边的气体向左边扩散，气体气体向左边扩散，气体密度不均匀，气体处于密度不均匀，气体处于非平衡态非平衡态，经过一段时，经过一段时间后，内部均匀一致，间后，内部均匀一致，达到新的达到新的热平衡态热平衡态。隔板隔板真空真空1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 一、理想气体状态方程一、理想气体状态方程 理想气体处于热平衡态下时，各状态理想气体处于热平衡态下时，各状态参量之间的关系。参量之间的关系。RTMmPV1. 1. 摩尔数：摩尔数：Mm气体质量气

8、体质量摩尔质量摩尔质量单位：摩尔，单位：摩尔，mol2. .普适气体恒量普适气体恒量 R1 -1 -kmolJ 31.8R1 -1 -kmollatm 082.0R1摩尔气体在标准状态下：摩尔气体在标准状态下：000RTVP000TVPR273104 .2210013.135-R2734 .22atm1lR或或1 -1 -kmolJ 31.81 -1 -kmollatm 082.01.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 二、状态参量的含义二、状态参量的含义RTMmPV 由理想气体状态方程由理想气体状态方程: :分子的质量为分子的质量为 m0，分子数为，分子数为 N，气体质量：气体质量

9、：0Nmm 摩尔质量：摩尔质量：00mNM N0为阿伏加德罗常数，为阿伏加德罗常数，23010022.6NRTmVNNmP0004.4.温度公式温度公式 / / 一、温度公式一、温度公式nkTTNRVNP0其中其中VNnk为玻尔兹曼常数为玻尔兹曼常数0NRk为分子数密度为分子数密度2310022.631.8k/J1038.123-4.4.温度公式温度公式 / / 一、温度公式一、温度公式nkTPTP. .理想气体理想气体. .处在热平衡态处在热平衡态RTMmPV理想气体状态方程理想气体状态方程. .理想气体理想气体. .处在热平衡态处在热平衡态222111TVPTVP气体定律气体定律. .质量

10、不变质量不变. .同种气体同种气体1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 三、适用条件三、适用条件1. .理想气体状态方程：单位要配套使用理想气体状态方程：单位要配套使用RTMmPV PVTRPam3 k8. 31Jm ol-1k-1atmlk0. 082atmlm ol-1k-12. .气体定律：方程两边单位统一气体定律：方程两边单位统一222111TVPTVP1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 四、注意几点四、注意几点例：例：一氧气瓶盛有体积为一氧气瓶盛有体积为 V1= =30l，压强为，压强为 P1= =130 atm的氧气，若压强下降到的氧气，若压强下降到P2= =10 atm, ,就应停止使用重新灌气，有一车间每就应停止使用重新灌气，有一车间每天用掉天用掉 P3 = = 1 atm、V3 = = 40 l 的氧气，问的氧气，问这瓶氧气能用几天？设使用中温度不变。这瓶氧气能用几天？设使用中温度不变。解：解：由理想气体状态方程：由理想气体状态方程：RTMmPV有有RTPVMm 1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程 / / 五、应用举例五、应用举例原氧气瓶内质量原氧气瓶内质量RTMVPm111氧气瓶剩余质量氧气瓶剩余质量RTM