理想气体状态方程
理想气体状态方程
的量成正比.
理想气体状态方程: 上述三经验定律相结合, 得到
pV = nRT
式中 R 为摩尔气体常数, 单位 Jmol-1 K-1 .
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理想气体模型
任何物质内部分子之间都存在着相互作用.
吸引力(范德华力): 产生于永久偶极, 诱导偶极及色散效应.
排斥力: 产生于两个分子的电子云之间和原子核之间.
• r 进一步减小, 势能增大, 排斥力急
剧增大. 当r =时, 势能恰好为零.
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理想气体模型
理想气体: 凡在任何温度, 压力下均服从理想气体状态方程的 气体称为理想气体.
理想气体的两个特征: (1)分子本身必定不占有体积; (2)分子间无相互作用.
解释: (1) T 恒定时, pVm = 常数, 意味着 p , Vm 0. (2) p = (n/V)RT, 表明在恒温下, 气体分子碰撞器壁的压力 与分子数密度成简单的比例关系, 可见每一分子碰撞 器壁的动量变化不受气体密度(或气体分子间距)的影 响, 而这只有在分子间没有相互作用时才有可能.
理想气体状态方程
引言
• 在气液固三种聚集状态中, 气体最容易用分子模型进行研究. • 在物质的众多宏观性质中, p, V, T三者意义明确, 易于测量.
下列函数关系称为状态方程:
f ( p, V, T, n ) = 0 气体具有易压缩性, 体积受压力和温度的影响很大.
• ,
• NH (g) HCl(g) NH Cl(s)
理想气体状态方程近似适用于低压实际气体. 易液化气 体的适用压力范围较窄, 难液化气体则相对较宽.
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摩尔气体常数
R = pVm/T 只适用于理想气体, 故不能从任意条件下的 实际气体的实测 pVT 数据求得.
气体状态方程
气体状态方程气体是一种具有一定体积的物质,其分子之间的距离相对较大,分子之间存在较弱的相互作用力。
为了研究气体的性质和行为,科学家们提出了气体状态方程,用来描述气体的状态和性质。
本文将介绍三种常见的气体状态方程:理想气体状态方程、范德瓦尔斯气体状态方程和普朗克气体状态方程。
一、理想理想气体状态方程是最简单也是最常用的气体状态方程。
根据理想气体状态方程,气体的体积、温度和压强之间有简单的数学关系,表达式为:PV = nRT其中,P表示气体的压强,V表示气体的体积,n表示气体的物质的量,R表示气体常数,T表示气体的温度。
理想气体状态方程的推导基于以下两个假设:气体分子之间无相互作用力,气体分子的体积可以忽略不计。
在满足这两个假设的情况下,理想气体状态方程适用于大多数实际气体,在低压和高温下更加可靠。
二、范德瓦尔斯范德瓦尔斯气体状态方程是对理想气体状态方程的修正和拓展。
范德瓦尔斯方程考虑了气体分子之间的相互作用力和气体分子的体积,表达式为:(P + a * (n / V)^2) * (V - nb) = nRT,其中,P表示气体的压强,V表示气体的体积,n表示气体的物质的量,R表示气体常数,T表示气体的温度,a和b分别为范德瓦尔斯常数。
范德瓦尔斯方程中的a项代表吸引力,b项代表体积校正。
范德瓦尔斯方程更适用于高压和低温下的气体,可以更准确地预测实际气体的行为。
三、普朗克普朗克气体状态方程是对高度离子化的气体(如等离子体)状态的描述。
普朗克方程使用以下表达式:PV = aT^(3/2) * exp(b / T),其中,P表示气体的压强,V表示气体的体积,T表示气体的温度,a和b为普朗克常数。
普朗克方程适用于高温下离子化气体的状态描述,可以更好地解释等离子体的性质和行为。
小结气体状态方程是描述气体状态和性质的数学表达式。
理想气体状态方程是最常用的气体状态方程,适用于大多数实际气体。
范德瓦尔斯方程修正了理想气体状态方程的不足,并适用于高压和低温下的气体。
理想气体状态方程
理想气体状态方程理想气体状态方程(ideal gas,equation of state of),也称理想气体定律或克拉佩龙方程,描述理想气体状态变化规律的方程。
质量为m,,摩尔质量为M的理想气体,其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为pV=mRT/M=nRT 式中ρ和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量;R是气体常量。
对于混合理想气体,其压强p是各组成部分的分压强p1、p2、……之和,故pV=(p1+p2+……)V=(n1+n2+……)RT,式中n1、n2、……是各组成部分的摩尔数。
以上两式是理想气体和混合理想气体的状态方程,可由理想气体严格遵循的气体实验定律得出,也可根据理想气体的微观模型,由气体动理论导出。
在压强为几个大气压以下时,各种实际气体近似遵循理想气体状态方程,压强越低,符合越好,在压强趋于零的极限下,严格遵循。
pV=nRT(克拉伯龙方程[1])p为气体压强,单位Pa。
V为气体体积,单位m3。
n为气体的物质的量,单位mol,T为体系温度,单位K。
R为比例系数,数值不同状况下有所不同,单位是J/(mol·K)在摩尔表示的状态方程中,R为比例常数,对任意理想气体而言,R是一定的,约为8.31441±0.00026J/(mol·K)。
如果采用质量表示状态方程,pV=mrT,此时r是和气体种类有关系的,r=R/M,M为此气体的平均分子量.经验定律(1)玻意耳定律(玻—马定律)当n,T一定时V,p成反比,即V∝(1/p)①(2)查理定律当n,V一定时p,T成正比,即p∝T ②(3)盖-吕萨克定律当n,p一定时V,T成正比,即V∝T ③(4)阿伏伽德罗定律当T,p一定时V,n成正比,即V∝n ④由①②③④得V∝(nT/p)⑤将⑤加上比例系数R得V=(nRT)/p 即pV=nRT实际气体中的问题当理想气体状态方程运用于实际气体时会有所偏差,因为理想气体的基本假设在实际气体中并不成立。
理想气体状态方程
n(CH4) =Βιβλιοθήκη x(CH4)·n总47.0
100mol=94.0mol
47.0+2.0+0.80+0.20
V
(CH4
)
94.0mol
8.314kPa L K-1 150.0kPa
mol-1
298K
=1.55103L
j (CH4
)
x(CH4
)
47.0 47.0+2.0+0.80+0.20
=0.94
R=8.314 kPaLK-1mol-1
1.1.2 理想气体状态方程的应用
1. 计算p,V,T,n中的任意物理量 pV = nRT
用于温度不太低,压力不太高的真实气体。
2. 确定气体的摩尔质量
pV nRT
n m M
pV m RT M
M mRT pV
M = Mr gmol-1
3. 确定的气体密度
p=98.70kPa V=2.50L 298K时,p(H2O)=3.17kPa
Mr (Zn)=65.39
n(H2) =
=0.0964mol
Zn(s) + 2HCl ZnCl2 + H2(g)
65.39g
1mol
m(Zn)=?
0.0964mol
m(Zn) = =6.30g
*1.2.2 分体积定律
理想气体状态方程:
pV = nRT
R——摩尔气体常数
在STP下,p =101.325 kPa, T=273.15 K
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3 m3
101325 Pa 22.414 10 3 m3 1.0 mol 273 .15 K
理想气体状态方程
理想气体状态方程一、理想气体状态方程1.理想气体:分子之间没有相互吸引和排斥,分子本身的体积相对于气体所占体积可以忽略。
实际气体在低压(<101.325kPa)和高温(>0℃)的条件下,接近理想气体。
2.盖·吕萨克定律(等压变化):恒压条件下,气体的体积与其温度成正比。
V∝T玻意耳定律(等温变化):恒温条件下,气体的体积与压强成反比。
PV = nT由此可得:一定量气体P,V,T之间有如下关系PV/T = nT3.阿佛加得罗定律:相同温度和压力下,相同体积的不同气体均含有相同数目的分子。
标准条件(standard condition,或标准状况)101.325kPa和273.15K(即0℃)--STP标准条件下1mol气体: 粒子数NA=6.02×1023mol-1体积Vm=22.4141×10-3m34.理想气体状态方程:PV=nRT在STP下,P=101325Pa, T=273.15Kn=1.0mol时, Vm=22.414×10-3m3R=8.314Pa.m3/K.mol (摩尔体积常数)另一单位制:atm,L,mol,KR=0.08206 atm·L/K.mol单位换算1atm=101.325kPa=760mmHg1ml=1cm3=10-3L=10-3dm3=10-6m31m=102cm=103mm=106um=109nm=1012pmn=m/M ρ=m/V C=n/V5.理想气体状态方程的应用推导出气体密度ρ与P,V,T之间的关系。
(设气体质量为m,摩尔质量为M)ρ=m/V, n=m/M 代入PV=nRT注意单位的使用,R用8.314时,P,V,T,n均为国际单位,也可以P以kPa,V以L做单位,此时考虑n=m/MPV=mRT/MPM= ρRT(密度的单位是g/L)二、气体混合物1.分压定律:组分气体:理想气体混合物中每一种气体叫做组分气体。
理想气体的状态方程及图像分析
理想气体的状态方程及图像分析理想气体是一个重要的物理模型,用于描述气体的宏观行为。
在许多情况下,理想气体的假设能够提供足够的准确度,并且简化了解题过程。
理想气体的状态方程是描述其状态的最基本的方程之一,同时,通过对状态方程的图像分析,我们可以更直观地理解理想气体的行为。
理想气体的状态方程理想气体的状态方程可以表示为:[ PV = nRT ]•( P ) 表示气体的压强,单位是帕斯卡(Pa);•( V ) 表示气体的体积,单位是立方米(m³);•( n ) 表示气体的物质的量,单位是摩尔(mol);•( R ) 表示理想气体常数,其值约为 ( 8.314 10^{-3} ) kPa·L/(mol·K);•( T ) 表示气体的绝对温度,单位是开尔文(K)。
这个方程表明,在恒定物质的量下,气体的压强和体积成反比,而与温度成正比。
状态方程的推导理想气体的状态方程可以从微观角度进行推导。
假设气体由大量微小的粒子组成,这些粒子之间没有相互作用力,体积可以忽略不计。
在这种情况下,气体的宏观量(如压强、体积和温度)可以看作是大量粒子微观行为的宏观表现。
根据动理论,气体的压强是由气体粒子与容器壁的碰撞产生的。
在宏观上,压强与单位面积上粒子碰撞的次数以及每次碰撞的力有关。
而气体的体积与气体粒子所能占据的空间有关。
在宏观上,气体的温度可以看作是气体粒子平均动能的度量。
综合以上因素,我们可以得到理想气体的状态方程:( PV = nRT )。
状态方程的图像分析通过对理想气体的状态方程进行图像分析,我们可以更直观地理解理想气体的行为。
等温过程在等温过程中,气体的温度保持不变。
根据状态方程,我们可以得到:[ P ]这是一个双曲线,表明在等温过程中,压强和体积成反比。
等压过程在等压过程中,气体的压强保持不变。
根据状态方程,我们可以得到:[ V T ]这是一个正比例关系,表明在等压过程中,体积和温度成正比。
各个状态下PV=nRT(气体体积、密度公式)
理想气体状态方程PV=nRTPV=nRT,理想气体状态方程(也称理想气体定律、克拉佩龙方程)的最常见表达方式,其中p代表状态参量压强,V是体积,n指气体物质的量,T为绝对温度,R为一约等于8.314的常数。
该方程是描述理想气体在处于平衡态时,压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。
它建立在波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律上。
目录编辑本段1 克拉伯龙方程式克拉伯龙方程式通常用下式表示:PV=nRT……①P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。
所有气体R值均相同。
如果压强、温度和体积都采用国际单位(SI),R=8.314帕·米3/摩尔·K。
如果压强为大气压,体积为升,则R=0.0814大气压·升/摩尔·K。
R 为常数理想气体状态方程:pV=nRT已知标准状况下,1mol理想气体的体积约为22.4L把p=101325Pa,T=273.15K,n=1mol,V=22.4L代进去得到R约为8314 帕·升/摩尔·K玻尔兹曼常数的定义就是k=R/Na因为n=m/M、ρ=m/v(n—物质的量,m—物质的质量,M—物质的摩尔质量,数值上等于物质的分子量,ρ—气态物质的密度),所以克拉伯龙方程式也可写成以下两种形式:pv=mRT/M……②和pM=ρRT……③以A、B两种气体来进行讨论。
(1)在相同T、P、V时:根据①式:nA=nB(即阿佛加德罗定律)摩尔质量之比=分子量之比=密度之比=相对密度)。
若mA=mB则MA=MB。
(2)在相同T·P时:体积之比=摩尔质量的反比;两气体的物质的量之比=摩尔质量的反比)物质的量之比=气体密度的反比;两气体的体积之比=气体密度的反比)。
(3)在相同T·V时:摩尔质量的反比;两气体的压强之比=气体分子量的反比)。
编辑本段2 阿佛加德罗定律推论阿佛加德罗定律推论一、阿佛加德罗定律推论我们可以利用阿佛加德罗定律以及物质的量与分子数目、摩尔质量之间的关系得到以下有用的推论:(1)同温同压时:①V1:V2=n1:n2=N1:N2 ②ρ1:ρ2=M1:M2 ③同质量时:V1:V2=M2:M1(2)同温同体积时:④p1:p2=n1:n2=N1:N2 ⑤同质量时: p1:p2=M2:M1(3)同温同压同体积时: ⑥ρ1:ρ2=M1:M2=m1:m2具体的推导过程请大家自己推导一下,以帮助记忆。
理想气体状态方程 克拉伯龙
理想气体状态方程克拉伯龙
其方程为pV=nRT。
这个方程有4个变量:p是指理想气压强,V为理想气体的体积,n表示气体物质的量,而T则表示理想气体的热力学温度;还有一个常量:R为理想气体常数。
可以看出,此方程的变量很多。
因此此方程以其变量多、适用范围广而著称,对常温常压下的空气也近似地适用。
值得注意,把理想气体方程和克拉伯龙方程等效是不正确的。
一般克拉伯龙方程是指描述相平衡的方程dp/dT=L/(TΔv)。
尽管理想气体定律是由克拉伯龙发现,但是国际上不把理想气体状态方程叫克拉伯龙方程。
热力学中的气体状态方程分析
热力学中的气体状态方程分析热力学是研究能量转换和它与物质之间相互作用的科学。
在热力学中,气体状态方程是研究气体行为的基础之一。
气体状态方程描述了气体的压力、体积和温度之间的关系,对于理解气体的性质和行为具有重要意义。
一、理想气体状态方程理想气体状态方程是热力学中最基本的气体状态方程,它描述了理想气体在给定条件下的状态。
理想气体状态方程可以用如下数学表达式表示:PV = nRT其中,P代表气体的压力,V代表气体的体积,n代表气体的物质量(以摩尔为单位),R代表气体常数,T代表气体的温度。
理想气体状态方程的基本假设是:气体分子之间不存在相互作用力,气体分子体积可以忽略不计。
在低压强和高温度条件下,现实气体的行为往往可以近似看作是理想气体。
理想气体状态方程可以应用于各种气体体系的研究。
例如,在化学反应中,可以利用理想气体状态方程来计算反应物和生成物之间的气体物质的相对量,从而确定反应的平衡位置。
二、实际气体状态方程实际气体状态方程是对现实气体行为的更为精确描述。
实际气体状态方程的形式更加复杂,可以有多种表达形式,常见的实际气体状态方程有范德瓦尔斯方程、柯南德方程等。
范德瓦尔斯方程是一种修正理想气体状态方程的实际气体状态方程,它考虑了气体分子之间的吸引力和排斥力。
范德瓦尔斯方程可以用如下数学表达式表示:(P + an^2/V^2)(V - nb) = nRT其中,a和b为范德瓦尔斯方程的两个参数,与不同气体的性质有关。
柯南德方程是另一种常见的实际气体状态方程,它也是对理想气体状态方程的修正。
柯南德方程采用了更加复杂的数学形式,对气体分子之间的相互作用力进行了更为精确的描述。
实际气体状态方程的应用范围更广,可以用于研究现实气体在不同条件下的行为,如高压强、低温度等。
三、气体状态方程的应用气体状态方程在工程和科学研究中具有广泛的应用。
它可以用于计算气体的性质、判断气体的行为和进行相关的研究。
在化工工程中,气体状态方程可以用于模拟和优化化学反应的条件。
理想气体及其状态方程
理想气体及其状态方程理想气体是研究气体行为的基本模型之一,它假设气体分子之间不存在相互作用力,分子体积可以忽略不计。
这样的假设使得理想气体的状态方程得以简化,从而方便我们研究和计算气体的性质和行为。
根据理想气体状态方程,气体的压强P、体积V和温度T之间存在如下关系:P * V = n * R * T其中,P表示气体的压强,V表示气体的体积,T表示气体的温度,n表示气体的物质的量,R为气体常数。
理想气体状态方程的推导基于一系列假设和实验事实。
首先,理想气体假设气体分子之间不存在相互作用力。
这意味着气体分子之间的距离相比其自身体积要远得多,从而可以忽略分子之间的体积。
其次,理想气体假设气体分子运动快速且无规律,分子碰撞是完全弹性碰撞。
这样的假设使得气体分子的动能可以通过温度来描述。
最后,理想气体状态方程的推导还基于一系列实验事实,例如玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律等。
理想气体状态方程的应用非常广泛。
它可以用来计算气体的性质和行为,例如气体的压强、体积和温度之间的关系,以及气体的物质的量。
在化学和物理学中,理想气体状态方程经常被用来解决各种问题,例如计算气体的摩尔质量、气体的密度和气体反应的热力学参数等。
理想气体状态方程还可以用来解释气体的一些特性。
例如,当气体的温度升高时,理想气体状态方程告诉我们,气体的压强和体积会增加。
这是因为气体分子的平均动能增加,分子碰撞的频率和力度也增加,从而导致气体的压强增加。
另外,理想气体状态方程还可以解释为什么气体在低温下可以液化。
当气体的温度降低时,理想气体状态方程告诉我们,气体的压强和体积会减小。
当压强足够大时,气体分子之间的相互作用力会变得显著,这时气体会发生相变,从气态转变为液态。
尽管理想气体状态方程在描述气体行为时非常有用,但是它也有一定的局限性。
首先,理想气体状态方程假设气体分子之间不存在相互作用力,这在实际气体中并不成立。
对于高压和低温下的气体,分子之间的相互作用力会变得显著,此时理想气体状态方程的适用性就会降低。
气体的状态方程
气体的状态方程在学习基础化学的过程中,我们学习了很多关于气体的知识。
气体在日常生活中无处不在,包括空气、二氧化碳、水蒸气等等。
气体的状态方程是描述气体行为的数学公式。
在这篇文章里,我们将深入探讨其中的原理和应用。
1. 理想气体状态方程理想气体是指在极高的温度和低的压力下,气体分子的大小和相互间作用力都可以忽略不计。
理想气体的状态方程可以用下式表示:PV = nRT其中,P是气体的压力(Pa),V是气体的体积(m³),n是气体的物质量(mol),R是理想气体常量(8.31 J/mol•K),T是气体的温度(K)。
这个公式可以解释很多气体的行为。
首先,很容易看出,当压力或体积改变时,温度和物质量保持不变的话,温度和物质量必须相应地调整,以满足状态方程的要求。
其次,当温度改变时,压力和体积也必须随之调整。
当温度升高时,分子速度增加,引起压力增加;当温度降低时,压力也会跟着降低。
对于固定物质量的气体,这种效应是非常显著的。
2. 实际气体状态方程现实中,理想气体是极其罕见的。
绝大多数气体分子具有大小和相互作用力,和其他气体分子发生碰撞会发生反弹等现象,导致气体压力和体积的变化。
因此,我们需要更复杂的气体状态方程来描述实际气体的行为。
最常见的实际气体状态方程是范德瓦尔斯状态方程,它可以用下式表示:(P + a/V²)(V - b) = nRT其中,P、V、n、R 和 T 与理想气体方程中的相同,a 和 b 都是由具体气体特征决定的常数。
a 表示气体分子间相互作用力对压力的贡献。
一般来说,这个常数是正的,代表相互之间吸引力。
b 表示气体分子之间的体积,常常被称为占据体积常数。
3. 从气体状态方程中推导物理和化学参数气体状态方程不仅可以用来描述气体的行为,还可以从中推导出许多其他的物理和化学参数。
例如,通过理想气体状态方程,我们可以推导出摩尔质量公式:M = m/n其中,M 是物质的摩尔质量(kg/mol),m 是物质的质量(kg),n 是物质的物质量(mol)。
理想气体状态方程
理想气体状态方程理想气体等温线理想气体状态方程(又称理想气体定律、普适气体定律)是描述理想气体在处于平衡态时,压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。
它建立在波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律上。
其方程为pV = nRT[1]。
这个方程有4个变量:p是指理想气体的压力,V为理想气体的体积,n表示气体物质的量,而T则表示理想气体的热力学温度;还有一个常量:R为理想气体常数。
可以看出,此方程的变量很多。
因此此方程以其变量多、适用范围广而著称,对常温常压下的空气也近似地适用。
目录[隐藏]• 1 应用o 1.1 计算气体的压强、体积、温度或其所含物质的量o 1.2 化学平衡问题• 2 研究过程o 2.1 波义耳定律o 2.2 查理定律o 2.3 盖-吕萨克定律o 2.4 查理-盖吕萨克定律o 2.5 综合o 2.6 推广• 3 理想气体常数• 4 使用到该方程的定律o 4.1 阿伏伽德罗定律o 4.2 气体分压定律• 5 实际气体中的问题o 5.1 压缩系数o 5.2 范德瓦耳斯方程• 6 参看•7 参考文献o 7.1 注释o 7.2 一般参考•8 外部链接[编辑] 应用一定量处于平衡态的气体,其状态由p、V和T刻划,表达这几个量之间的关系的方程称之为气体的状态方程,不同的气体有不同的状态方程。
但真实气体的方程通常十分复杂,而理想气体的状态方程具有非常简单的形式。
虽然完全理想的气体并不可能存在,但许多实际气体,特别是那些不容易液化、凝华的气体(如氦、氢气、氧气、氮气等,由于氦气不但体积小[2]、互相之间作用力小、也是所有气体中最难液化的[3],因此它是所有气体中最接近理想气体的气体。
)在常温常压下的性质已经十分接近于理想气体。
此外,有时只需要粗略估算一些数据,使用这个方程会使计算变得方便很多。
[编辑] 计算气体的压强、体积、温度或其所含物质的量从数学上说,当一个方程中只含有1个未知量时,就可以计算出这个未知量。
理想气体方程
理想气体方程
不记粘性的气体称为理想气体。
理想气体的状态应符合下述关系:
在等容过程中,气体对外作功为:
说明压力不变时,气体温度上升必然导致体积膨胀;温度下降体积将缩小。
在等压变化过程中,单位质量气体所得到的热量为:
Q p=c p(T2-T1)
c p----定压比热容J/(kg.o C),其含义为气体压力保持不变,是单位质量的气体自由膨胀,温度升高1o C所需的热量。
对于空气,c p=1005J/(kg.o C)。
单位质量气体膨胀所作的功为:
p1v1=p2v2=RT
从状态1变化到状态2,气体被压缩,单位质量气体所需的压缩功为:
以上是绝热方程式。
k为绝热指数,对于不同气体有不同的值,空气=1.4。
单位质量气体的绝热压缩功或膨胀功见下图:
式中:n----多变指数,如图曲线所示。
一般情况下,多变指数n在范围k>n>1内。
如研究气缸的启动和活塞运动速度时,可取n=1.2-1.25
多变过程气体所作的功为:。
理想气体状态方程无量纲过程
理想气体状态方程无量纲过程
理想气体状态方程可以表示为PV = nRT,其中P表示压力,V 表示体积,n表示物质的量,R为气体常数,T表示温度。
在这个方程中,可以通过一些无量纲的过程来描述理想气体的状态。
首先,我们可以考虑将压力、体积和温度分别除以一个适当的参考值,从而得到无量纲的压力P,体积V和温度T。
这样,理想气体状态方程可以重写为PV = nRT。
其次,我们可以引入压缩因子Z来描述气体的状态。
压缩因子Z定义为实际气体的体积与理想气体体积之比,即Z = PV/(nRT)。
对于理想气体,压缩因子始终为1。
但对于实际气体,压缩因子可以用来描述气体的偏离程度。
当Z>1时,表示气体分子间有吸引力作用,体积偏小;当Z<1时,表示气体分子间有斥力作用,体积偏大。
另外,还可以通过绝热指数γ来描述气体的状态。
绝热指数定义为定压热容与定容热容之比,即γ = Cp/Cv。
对于理想气体,绝热指数为常数,其值与分子自由度有关。
通过绝热指数,可以描述气体在绝热过程中的性质和行为。
总之,通过引入无量纲的压力、体积和温度,压缩因子Z以及绝热指数γ,可以更全面地描述理想气体的状态方程和气体的行为特性。
这些无量纲过程和参数为研究气体的物理性质和热力学过程提供了重要的工具。
理想气体状态方程
理想气体状态方程在化学和物理领域,理想气体状态方程是描述气体行为的方程之一。
它是通过理想气体状态方程可以准确描述气体的体积、温度和压力之间的关系,以及气体分子的动理学行为。
在本文中,我将详细介绍理想气体状态方程的定义、推导过程以及在实际问题中的应用。
理想气体状态方程,也被称为理想气体定律,由荷兰物理学家伊塞尔罗斯(Isaac Roosvaalt)于19世纪提出。
它的数学表达式为:PV = nRT其中,P代表气体的压力(Pressure),V代表气体的体积(Volume),n代表气体的物质的量(Number of moles),R代表气体常数(Gas Constant),T代表气体的温度(Temperature)。
这个方程是描述气体行为的基础,并得到了广泛的应用和实验验证。
理想气体状态方程的推导过程可以通过考虑理想气体分子的运动和碰撞来实现。
根据动理学理论,在相同温度下,所有气体分子的平均动能相等。
根据动能定理,气体分子的动能与温度有直接的关系。
根据玻尔兹曼分布定律,气体分子的速度分布服从麦克斯韦速度分布。
基于这些假设,可以推导出理想气体状态方程。
理想气体状态方程在实际问题中有广泛的应用。
首先,它可以用于计算气体的压力、体积和温度之间的关系。
例如,在化学反应中,理想气体状态方程可以用来计算反应物和产物之间的物质的量之比。
其次,理想气体状态方程可以用于计算气体的摩尔质量。
通过测量气体的压力、体积和温度,可以使用理想气体状态方程来计算气体的摩尔质量,从而确定物质的组成和纯度。
此外,理想气体状态方程还可以应用于气体的温度和容器的体积的变化关系的研究。
虽然理想气体状态方程在很多情况下能给出准确的结果,但在极端条件下,如高压和低温时,理想气体状态方程将不再适用。
在这些情况下,需要考虑气体的非理想性,通过修正方程来得到更准确的结果。
例如,范德瓦尔斯方程可以用来修正理想气体状态方程,考虑气体分子间的相互作用和体积排除效应。
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若高压 1) 在理想气体理论
低温? 基础上加以修正
2) 经验
Hale Waihona Puke 162.状态 平衡态 定义: 在不受外界影响的条件下 对一个孤立 系统 经过足够长的时间后 系统达到 一个宏观性质不随时间变化的状态
用一组宏观量描述某时的状态 P T
P1 T1
P2 T2
非平衡态
17
实际上的处理:
1)是否可看作平衡态? 足够长
的质量、动量、能量等等
6
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法
•大量粒子的行为--- 统计规律
例如:微观认为宏观量P
是大量粒子碰壁的平均作用力
先看一个 碰一次
fi
dIi dt
再看 fi
集体
P
i
A
模式:假设 结论 验证 修正 理论
7
统计方法: 一个粒子的多次行为 结果相同 多个粒子的一次行为
热学
B
1
目录 概述 第1章 理想气体状态方程 第2章 分子动理论 第3章 热力学第一定律 第4章 热力学第二定律
2
概述 一、热学的研究对象 • 冷热 --- 温度 •与温度有关的物理规律 •热学的意义:1)大量存在 2)能量转化
对象的特征:大量无规运动的粒子组成
超人 与宇宙同时出生 (150亿年前)
2)实在不行 --- 分小块 3)远离平衡态 --
本课的主体: 平衡态 介绍: 远离平衡态
非线性 耗散结构
注意区分平衡态和稳定态
恒高温
恒低温
18
3.过程 准静态过程
每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化---无限缓慢(准) “无限缓慢”:系统变化的过程时间>>驰豫时 间 例1 气体的准静态压缩
小球数按空间 位置 x 分布曲线
x Δx
10
11
什么叫统计规律? 在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上 表现出确定的规律 统计规律必然伴随着涨落 什么叫涨落? 对统计规律的偏离现象 涨落有时大 有时小 有时正 有时负 例如:伽耳顿板实验中 某坐标x附近Δx区间 内分子数为ΔN 涨落的幅度: Δ N
12
涨落的百分比: Δ N ΔN
如 Δ N 106
涨落幅度 1000
涨落百分比
1 1000
什么概念呢? 某次测量落在这个区间的分子数是:
999000 1001000
13
如果在这个区间的分子数是: Δ N 1
涨落幅度 和涨落百分比
1 100%
结论:分子数愈多 涨落的百分比愈小
涨落实例:微电流测量时电流的涨落 电子器件中的“热噪声”
2.热平衡定律(热力学第零定律)
实验表明:若 A与C热平衡 B与C热平衡
则 A与B热平衡
意义:互为热平衡的物体必然存在一个相同的
特征--- 它们的温度相同
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第零定律 不仅给出了温度的概念 而且指 出了判别温度是否相同的方法
二、理想气体状态方程
PV M RT μ
M -- 质量
-- mol 质量
NA 6.0231023 / mol
k 1.381023J/K
n N V
分子数密度
k R 玻耳兹曼常数 NA
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热力学系统由大量粒子组成
1) 标况 T 273K P 1 atm
n P kT
1.013105 Pa
1.013105 1.381023 273
2.691025 / m3
十亿亿亿
V -- 理气活动空间 R--普适气体恒量
R 8.31 J/K.mol
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常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m
M Nm NAm
NA 6.0231023 / mol
PV
M
μ
RT
NR
P
T
V NA
P nkT
常用形式
25
理想气体状态方程
P nkT
PV
M
μ
RT
R 8.31J/K.mol
平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系 •热力学基础 实验的总结---必定涉及过程
结论是普适的(对象 过程不限) 但 具体的理论计算 必是理气、准静态过程 21
通过本课程:明确 • 理论的建立过程 • 理论的指导作用
22
第 1 章 理想气体状态方程 一、几个基本概念
1.温度
处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质
PV C T
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3. P-V 图
P
P.V .T P.V .T
V
P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程
通常还画 P - T、P - V T - V 、T – E 图
第1章结3束0
经典粒子 牛顿力学规律 量子粒子 量子力学规律
先经典、后量子 概念、方法相通5
第一 气体分子系统的统计分布
• 统计物理的基本思想
宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子
进行无规运动的一些微观量的统计平均值
宏观量
实测的物理量 如 P T E 等
微观量
无法直接测量的量
组成系统的粒子(分子、原子、或其它)
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第二 热力学基础
从实验归纳总结
定律
热力学第一定律 ---能量转化 热力学第二定律 ---过程方向性 基础定律
地位: 相当于力学中的牛顿定律
15
三、 本课程中研究对象的理想特征
1.对象 理想气体
宏观定义: 严格遵守气体三定律
实际气体理想化: P 不太高 T 不太低
微观上也有定义 理论框架主体是 理想气体
如:掷硬币 看正反面出现的比例 比例接近1/2
统计规律性: •大量随机事件从整体上表现出来的规律性 量必须很大(魔术师) •统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示)
8
飞镖
分布曲线
9
伽耳顿板演示
小球落入其中一 格是一个偶然事件
大量小球在空间的 分布服从统计规律
.......................................................................................................................................
过程时间 ~ 1 秒
驰豫 时间
<
10 3 19
s
例2 准静态传热
T1
非静态过程
T1
热库 T1 T
T1 T
热库
T1 2T
准静态过程
T2 T1 nT
T2
T 1n 1T
热库
T1 nT
每一微小 过程均是 平衡过程20
实际过程太迅速了 怎么办? 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验
本课介绍 • 气体分子动理论
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2) 高真空 P 1013 mmHg T 273K
n P kT
1013 1.013105 760 1.381023 273
3.54109 / m3 十亿
大量、无规
统计方法
数学基础---概率论
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讨论 1.理气状态方程
PV M RT PV RT
P nkT
2.不漏气系统 各状态的关系
每秒数10个分子
数到现在才数了 107 mol
3
地球上全部大气约有1044个分子 一个人每次呼吸气体大约是1022个分子 比值接近1个摩尔的数值 有什么关系吗?
4
二、研究热现象的两大分支
1. 热力学
2. 统计物理
宏观
微观
实验 能量 可靠
理论模型
相辅相成、相互补充
普物的任务 开门、见识 物理的绿洲