熱學:深度理解氣體

一、氣體的狀態參量

對於地球人來說無處不是氣體

1.氣體的溫度：宏觀上表示物體的冷熱程度，微觀上是分子平均動能的標誌。兩種溫標的換算關係：T＝(t＋273.15)K。

絕對零度為－273.15℃，它是低溫的極限，只能接近不能達到。

2.氣體的體積：氣體的體積不是氣體分子自身體積的總和，而是指大量氣體分子所能達到的整個空間的體積。封閉在容器內的氣體，其體積等於容器的容積。

3.氣體的壓強：氣體作用在器壁單位面積上的壓力，同一容器內氣體的壓強處處相等。數值上等於單位時間內器壁單位面積上受到氣體分子的總衝量。國際單位為帕，符號為Pa，且1atm＝1.013×105Pa＝76cmHg。

氣體的壓強是由於分子的熱運動而存在

①.產生原因：大量氣體分子無規則運動碰撞器壁，形成對器壁各處均勻的持續的壓力。

②.決定因素：一定氣體的壓強大小，微觀上決定於分子的運動速率和分子密度；宏觀上決定於氣體的溫度和體積。

4.對於一定質量的理想氣體，pV/T＝恆量。

二、理想氣體與實際氣體

從宏觀上講，理想氣體就是嚴格遵守氣體三個實驗定律的氣體。從微觀上講，氣體分子的大小與氣體分子間的距離比較可以忽略不計；氣體分子看成彈性小球，它們相撞或與器壁相撞時，遵守能量守恆和動量守恆；分子間除碰撞的瞬間外，分子間相互作用不考慮，分子所受重力也忽略不計。理想氣體的內能只考慮分子平均動能，分子勢能不考慮，一定質量的理想氣體內能U只是溫度的函數。實際氣體溫度跟室溫相比不太低，壓強跟大氣壓相比不太大的情況下可視為理想氣體。

雪花飄，樹葉搖，都說明大氣的存在

三、氣體壓強計算方法

1.在氣體流通的區域，各處壓強相等，如容器與外界相通，容器內外壓強相等；用細管相連的容器，平衡時兩邊氣體壓強相等。

2.液體內深為h處的總壓強p＝p0＋ρgh，式中的p0為液面上方的壓強，在水銀內，用cmHg做單位時可表示為p＝H＋h。

3.連通器內靜止的液體，同種液體在同一水平面上各處壓強相等。

4.求用固體(如活塞)或液體(如液柱)封閉在靜止的容器內的氣體壓強時，應對固體或液體進行受力分析，然後根據平衡條件求解。

5.當封閉氣體所在的系統處於力學非平衡狀態時，欲求封閉氣體的壓強，首先選擇恰當的對象(如與氣體關聯的液柱、活塞等)，並對其進行正確的受力分析(特別注意內、外氣體的壓力)，然後根據牛頓第二定律列方程求解。

氣壓在地表的差異形成了自然風

四、氣體分子運動的特點

1.氣體分子間有很大的空隙，氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍。

2.氣體分子之間的作用力十分微弱。在處理某些問題時，可以把氣體分子看作沒有相互作用的質點。

3.氣體分子運動的速率很大，常溫下大多數氣體分子的速率都達到數百米每秒。離這個數值越遠，分子數越少，表現為「中間多，兩頭少」的統計分布規律。

五、氣體的壓強、體積溫度間的關係

1.一定質量的氣體，在溫度不變的情況下，體積減小時，壓強增大；體積增大時，壓強減小。(玻意耳定律：pV＝恆量)

2.一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，溫度升高，體積增大。(蓋·呂薩克定律：V/T＝恆量)

大氣壓的典型應用

3.一定質量的氣體，在體積不變的情況下，溫度升高，壓強增大。(查理定律：P/T＝恆量)

4.一定質量理想氣體狀態方程：

①.一定質量的理想氣體

pV/T＝恆量，推論：p/ρT＝恆量。

②.任意質量的理想氣體(克拉珀龍方程)

pV＝nRT＝(m/μ)RT。

R＝p0V0/T0＝8.31 J/(mol·K)＝0.082 atm·L/(mol·K)。

③.混合氣體的狀態方程

a.道爾頓分壓定律

p＝p1＋p2＋p3＋…＋pn。

b.混合氣體的狀態方程

p1V1/T1＋p2V2/T2＋…＋pnVn/Tn＝(∑ni)R＝pV/T。