物理学热学物态方程市公开课获奖课件

1、普通物理教程 热学杨远贵淮北师范大学第1页第1页1.4 物态方程 1.4.1 物态方程（equation of states）处于平衡态系统，只要系统处于某一拟定平衡态，系统热力学参量也将同时拟定。 无论系统状态如何改变，给定系统，处于平衡态各热力学参量之间存在拟定函数关系。我们把处于平衡态某种物质热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足函数关系称为物质物态方程或称状态方程。比如化学纯气体、液体、固体温度Ti都可分别由各自压强 pi 及摩尔体积Vi,m来表示，即其中i分别表示气、液、固。第2页第2页 它们是分别描述气态、液态、固态物态方程。事实上并不限于气、液、固三种情况。有系统，即使V、p

2、不变，温度仍可随其物理量而变。比如将金属拉伸，金属丝温度会升高，这时即使金属丝压强、体积均未变，但其长度L及内部应力F 都增长，阐明金属丝温度T 是F、L函数. f( F,L,T )= 0 该式称为拉伸金属丝物态方程。还可存在其它各种物态方程。物态方程中都显含温度 T.物态方程常是一些由理论和试验相结合办法定出半经验公式。 第3页第3页1.4.2 体膨胀系数、压缩系数、压强系数、热膨胀现象(一)体膨胀系数、压缩系数、压强系数 状态方程有3个变量,若某一变量保持不变,其它两个变量之间能够建立微商关系（这就是偏微商）,因而可由状态方程求得反应系统主要特性三个系数. (1)等温压缩系数 由于物质受压

3、时其体积普通总是要缩小 ,而等温压缩系数应当不小于零，因此有个负号.第4页第4页（2）体膨胀系数它表示在压强不变条件下，单位温度改变所引起体积相对改变.由于物体含有3维结构,在体积增大同时必定伴随有线度增长,这一性质是由线膨胀系数来表示。第5页第5页 对于各向同性物质，即各个方向物理性质均相同物质。在一级近似情况下, 体膨胀系数与线膨胀系数之间有下列关系 (3)相对压力系数 V它表示在体积不变条件下，单位温度改变所引起压强相对改变一个物质系统物态方程准确表示式往往是很复杂,在热学宏观理论中它只能由试验来拟定由试验来测定一个化学纯物质系统物态方程，经常是通过测量等温压缩系数、体膨胀系数、相对压力

4、系数,而最后得到物态方程第6页第6页（二）热膨胀现象 岩石被加热以后急剧冷却,在强烈收缩过程中岩石会出现裂缝。 多年前兴修都江堰水利工程（现己被列为世界文化遗产）就是利用这种办法凿山开河, 热膨胀也是造成岩石侵蚀一个原因 由于昼夜气温改变大,在冬季或者在夏季气候忽冷忽热,热胀冷缩致使岩石开裂.岩石风化，有甚至最后变成沙漠. 第7页第7页热膨胀照片第8页第8页1.4.2 抱负气体物态方程(一)气体试验定律只要在足够宽广温度压强改变范围内进行比较精细研究，就可发觉，气体物态方程相称复杂，而且同气体所遵照规律也有所不同。但在压强趋于零，不同种类气体在物态方程上差异可趋于消失，气体所遵从规律也趋于简朴

5、。我们就把这种压强趋于零极限状态下气体称为理想气体。 第9页第9页把各种气体pV随p改变试验数据画成曲线 由图可见，在T 不变时，不同气体 pV 都随p0而趋于同一极限，即pV = C ,这是英国科学家玻意耳（Boyle）于1662年及法国科学家马略特（Mariotte）于 1679年先后从试验上独立建立定律。 第10页第10页（一） 抱负气体物态方程 令一摩尔气体常量为R，则得pVm=RT式中R =8.31Jmol-1K-1，称为普适气体常量。若气体不是1mol而是质量m，气体摩尔质量是Mm ,并把m/Mm称为气体物质量（即摩尔数），pVm =(m/Mm)RT 这就是抱负气体物态方程。 能严

6、格满足抱负气体物态方程气体被称为抱负气体，这是从宏观上对什么是抱负气体作出定义。从玻意耳定律、查理（Charles）定律及盖吕萨克（Gay-Lussac）定律，可知一定质量抱负气体有第11页第11页1.4.3 混合抱负气体物态方程从图可看到，在p0时，各种气体之间差别已趋消失。这阐明只要气体能满足抱负气体条件，无论它是什么化学成份，抱负气体物态方程仍合用。 若气体由1摩尔A 种气体， 2 摩尔 B 种气体等 n 种抱负气体混合而成，则混合气体总压强 p 与混合气体体积 V、温度 T 间应有下列关系：pV=(v1+v2+vn)RT称为混合抱负气体物态方程。 第12页第12页由该式可得 式中 p1

7、, p2, ,pn分别是在容器中把其它气体都排走以后，仅留下第i (i=1,2，n) 种 气体时压强，称为第i 种气体分压， 称为混合抱负气体分压定律，这是英国科学家道尔顿（Dalton）于18在试验中发觉。它与抱负气体方程同样，只有在压强趋于零时才准确地成立。第13页第13页例题1 容积为10l瓶内贮有氢气，因开关损坏而漏气，在温度为7.0时，气压计读数为50atm，过了些时候，温度上升为17，气压计读数未变，问漏去了多少质量氢。解：当T1=280K，P1=50atm时，容器内氢气质量为：当T2=290K，P2=50atm时，容器内氢气质量为：故漏去氢气质量为 第14页第14页一抽气机转速=

8、400转/分，抽气机每分钟能够抽出气体20l，设容器容积V=2.0l，问通过多少时间后才干使容器压强P0=760mmHg降到P1=1. 0 mmHg？ 例题2（P48 1-3-6）解：设抽气机每转一转时能抽出气体体积为V，则第15页第15页当抽气机转过一转后，容器内压强由P0降到P1，忽略抽气过程中压强改变而近似认为抽出压强为P1气体V，因而有当抽气机转过2转后，压强为：第16页第16页当抽气机转过n转后，压强设当压强降到P时，所需时间为t分，转数n=t，第17页第17页第18页第18页如图所表示，两个截面相同连通管，一为开管，一为闭管，本来两管内水银面等高。今打开活塞使水银漏掉一些，因此开管内水银下降了h，问闭管内水银面下降了多少？设本来闭管内水银