對氣體的要求和上一節(jié)一樣,實驗規(guī)律,是在近似為理想氣體的條件下得出的,定量關(guān)系還是先定性思考再定性實驗驗證,最后定量實驗。 三個氣體的實驗定律,從定性思考的本質(zhì)上來說,思考的角度是一致的,就是氣體壓強(qiáng)的微觀解釋,這也是物理學(xué)習(xí)系統(tǒng)性的表現(xiàn),有基礎(chǔ)的知識之后,后續(xù)的規(guī)律幾乎都可依據(jù)基礎(chǔ)知識推理而得,難學(xué)的很大原因就是基礎(chǔ)知識、建模、推理。建模實際是真難所在,舍得之道是真正的難點,物理、事理莫不如是。 利用氣體壓強(qiáng)的微觀理論先定性分析本節(jié)的兩個規(guī)律: 等壓變化。若溫度升高,氣體分子碰撞器壁的力會增大,若保持壓強(qiáng)不變,則碰撞的頻率必須降低,因此體積必須增大。 等容變化,若溫度升高,氣體分子碰撞器壁的力與碰撞的頻率都會增大,因此壓強(qiáng)也會增大。 定性實驗顯示壓強(qiáng)比較難,體積和溫度相對容易。 定量實驗的結(jié)果:等壓變化時,體積與熱力學(xué)溫度成正比。等容變化時,壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。 這個等容變化的圖里顯示了一個重要信息,將P軸平移后,圖象可變?yōu)檎汝P(guān)系,這樣就導(dǎo)致了一個溫度的起點,熱力學(xué)上命名為熱力學(xué)零度,所有理想氣體都如此,所以這個溫標(biāo)更具有客觀性。 把關(guān)于氣體的三個實驗規(guī)律進(jìn)行歸納,再對理想氣體進(jìn)行明確的說明,今后的理想氣體模型就不用區(qū)分是具體哪個規(guī)律。直接應(yīng)用有關(guān)三個參量的方程進(jìn)行求解最好。 PV/T=C 理想氣體的狀態(tài)方程 適用條件: 1.理想氣體:分子間作用力不計是核心。壓強(qiáng)、溫度的變化,只要破壞了這個條件,就不是理想氣體。 2.氣體的質(zhì)量在研究過程中保持不變。也就是說明這個系統(tǒng)是個封閉系統(tǒng),和外界沒有物質(zhì)交換,只有能量交換。 更實用的推廣 結(jié)合阿佛加德羅定律:同溫、同壓、同體積的任何氣體分子數(shù)都相同。標(biāo)況下1mol任何氣體的體積都為22.4L。設(shè)一氣體普適常量R=P0V0/T0。很牛的一個定律,不問何種氣體,都是如此結(jié)論,在此基礎(chǔ)上,又可進(jìn)行有效推廣。 則有PV=nRT,n為氣體物質(zhì)的量,據(jù)此方程,可以求變質(zhì)量氣體的狀態(tài)參量關(guān)系。此方程也就是化學(xué)中所學(xué)過的克拉玻龍方程,相比理想氣體狀態(tài)方程,適用范圍更廣了一點,可以求變質(zhì)量問題。 克拉玻龍方程是最實用的解決理想氣體狀態(tài)參量的大殺器。實際問題中,不變質(zhì)量的情況下,相當(dāng)于是一種折算。變質(zhì)量的情況下,從折算角度看,折算的步驟更加繁瑣了一些。而應(yīng)用克拉伯龍方程,問題解決的相對就容易一些,強(qiáng)烈建議掌握。 |
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