2022-2023学年高二物理竞赛课件：理想气体状态方程

理想气体状态方程

温度摄氏温标t(0c)

热力学温标T(k)t=T+273.15理想气体状态方程

状态参量系统与外界/环境：通常把要研究的对象称为系统，把系统外的有关物质叫外界或环境。状态参量：用来描述系统状态的物理量。对一定质量的气体，状态参量为体积v压强p二．平衡状态与准静态过程在不受外界影响的条件下，系统宏观性质处处相同，且不随时间改变的状态。

气体从一个状态变化到另一个状态，如果变化非常缓慢，而使每一个中间状态都无限接近平衡状态，这个变化过程叫准静态过程。（实际过程的理想化抽象）准静态过程是由无数个平衡态组成的过程，即系统的每个中间态都是平衡态。实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程。三理想气体状态方程理想气体：在任何情况下都服从玻—马定律、盖—吕萨克定律、及查理定律的气体。

理想气体实际上是不存在的，但在温度不大低，压强不大高的情况下，一般气体可看作为理想气体。对质量为m的理想气体有:

其中N＝m/M—气体的摩尔数

M—气体的摩尔质量

R＝8.31J/（mol·K）—气体普适常数在标准状态下，（P0=1.013×10-10Pa,T0=273.15k）1mol任何气体的体积均为V0=22.4×10-3m3故有【例】容积的氧气瓶里有的氧气，规定当瓶内压强降为

时就需充气，若车间每天用.p=1.0atm,v=400l的氧气，问可使用几天？

解：开始质量：充气时质量：每天用去质量：故可用天数为：=9.6天

理想气体的微观模型1气体分子的大小与分子间距相比较可忽略不计，故气体分子可看做大小不计的小球，各个气体分子的运动遵守牛顿运动定律。可以把每个分子看做完全弹性的小球，它们相碰撞或与容器壁相碰撞时，遵守能量守恒和动量守恒定律。除碰撞的瞬间外，分子间的相互作用力可忽略不计，分子所受重力也可不计。平衡态理想气体分子的统计假设1按位置的均匀分布

分子在各处出现的概率相同（重力不计）。容器内各处分子数密度相同2速度按方向的分布均匀

由于碰撞,分子往各方向运动的概率相同

其中

v2x

=(v21x+v22x+…+v2Nx)/N

v2=v2x+v2y+v2z理想气体压强公式温度的微观含义

其中，N/V=n单位体积内的分子数，称为分子数密度

R/N0=K为波耳兹曼常数，k=1.38×10-23J·K-1故由：可得：温度的统计意义

*标志分子无规运动的剧烈程度*只能用于大量分子的集体温度的物理意义：分子平均平动动能的量度。

方均根速率—分子速率的一种描述

自由度定义：决定物体空间位置所需独立坐标的数目（最少坐标个数）。自由质点：3个自由度限制在平面或曲面上的质点：2个自由度限制在直线或曲线上的质点：1个自由度质点刚体1用三个独立坐标（如x,y,z）来表示其上某一点的位置。2用（θ、φ、α）中的任意两个来表示其转轴的方位。3刚体绕轴转动时，需用一个角度ψ来表示其转过的位置。故对自由刚体而言，有六个自由度，三个描述平动，三个描述转动。联系到分子，单原子分子：三个自由度双原子分子：五个自由度多原子分子：六个自由度刚性分子对与非刚性分子，还要考虑振动自由度。思考：实际分子模型？刚性分子模型？能量按自由度均分定理如前述，理想气体的平均平动动能为：

在温度为T的热平衡态下，物质（气体，液体和固体）分子的每个自由度都具有相同的平均动能推广