理想氣體1

  今天，我們降低億點難度（畢竟求導這種東西也不是人人都會的對吧），講熱學中最重要的一部分：理想氣體方程。

首先我們要說一下氣體壓強這東西。固體液體能夠產生壓強的原因很簡單，分子間的間隙比較小，分子位置相對固定，所以說當你將固體或液體放在桌子上時，分子可以說是一直與桌面接觸，所以能夠給桌面一個持久的壓強。

氣體就不一樣了，我們初中學過氣體的分子一直都在做活躍的熱運動，這就導致了分子一碰到桌子就會被反彈，產生了極短時間的壓強。但是我們類比一下，將黃豆類比成氣體分子，並把黃豆倒在電子天平上

高糊

雖然每個黃豆產生的壓強極短，但持續不斷的黃豆產生的壓強使得壓強的值一直遊走於某個壓強值左右，這個值我們認為就是黃豆，也就是氣體壓強值。或者想像高一4班都成了在教室裡互相撞來撞去的鐵頭娃可能更形象（其實這個壓強可以衍生出今年全國物理聯賽決賽第一題考到的麥神分布圖，但懶得寫了篇幅有限就不寫了，下次也不一定會有）

 

說完了氣體壓強接著講描述氣體的狀態參量。狀態參量顧名思義就是用來描述一個物體狀態的物理量。氣體的狀態參量為壓強（p），溫度（T）與體積（V）。只要這三個物理量中的一個改變了，我們就說這個氣體的狀態改變了。要注意的是，這裡的溫度用的是七個基本物理單位中的熱力學溫度：開爾文（T），其中T=t+273.15。

 

既然氣體有三個狀態參量，那麼這三個物理量之間的關係就要用到理想氣體方程了。我們先降低難度，看另外三個定律。

首先看玻意耳定律。想當年玻意耳花了一大筆錢買了儀器，左邊又粗又短且密封，右邊又細又長。

高糊

玻意耳從右邊倒入水銀，這樣可以同時改變左邊氣體體積與所受壓強。做了上千次（其實就幾次）後發現溫度不變時壓強與體積成反比也就是

                                             或寫成

同理幾年後查理二世得出了查理定律：壓強與溫度的關係為

                                              或寫成

再過了幾年蓋-呂薩克得出了蓋-呂薩克定律：體積與溫度的關係為

                                              或寫成

再過了幾年一位沒那麼憨的無名氏把這三個鐵憨憨發現的定律結合在了一起，也就成了理想氣體方程：

（其中C為定值，但具體是多少我懶得說不知道）

另外，考試中方程圖像常考，但這種有手就行就不寫了。

 

說了那麼久理想氣體方程，忘記說明理想氣體是啥玩意了。眾所周知（這應該沒有人不知道）0開爾文情況下分子不運動，所以我們可以聯想到在溫度很低的情況下氣體可能不滿足氣體方程，同理壓強很高也不滿足。所以說為了研究方便，科學家像建立質點建立了理想氣體模型。在理想氣體中氣體在任何溫度任何壓強下都遵從氣體定律。

 

說了這麼多做一道高二上海物理競賽的選擇題

                                                 如圖

高糊

左端封閉、右端開口的粗細均勻的U型玻璃管，倒置時如圖，其中斜線部分為汞。若此管保持豎直狀態做自由落體運動，則（A）氣柱I長度將減小，（B）氣柱II長度將增大，（C）左管中水銀柱A將上移，（D）右管中水銀面將下降。解設大氣壓強為P0由圖可知封閉氣體壓強P1=P0-h, P11=P1+h=P0當U型管做自由落體運動時水銀處於完全失重狀態，對封閉氣體不產生壓強。封閉氣體壓強都等於大氣壓P0。A：氣體1的壓強變大溫度不變，由玻意耳定律可以知道，氣體體積變小，氣柱長度變小，右管中的水銀面上升，所以AD錯。B：11部分氣體壓強不變溫度不變，,由理想氣體狀態方程可以知道，氣體的體積不變，氣柱長度不變，左管中水銀柱A不動，所以B選項是正確的，C錯誤。

下期繼續嗷