青岛科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件）第十五讲 理想气体物态程与内能

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热力学 hermodynamics的研究对象与研究方法 物态 state of matter:物质存在的物理状态 物质主要存在三种基本物理状态:固态、液态 和气态 热学是研究一切物态的热现象的学科,我们这里主 要研究气态,但有时也会牵涉到固态和液态。 从宏观上看,热学研究物体的宏观热现象:与温度有 关的物态的物理性质的变化。由观察和实验来总结热 现象的规律,得出热现象的宏观理论,这部分称为热 力学。 热力学利用宏观上可观测的物理量,如:P,V,7 来研究热现象的规律。 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 从宏观上看，热学研究物体的宏观热现象：与温度有 关的物态的物理性质的变化。由观察和实验来总结热 现象的规律，得出热现象的宏观理论，这部分称为热 力学。 一 热力学(thermodynamics)的研究对象与研究方法 物态(state of matter)：物质存在的物理状态 物质主要存在三种基本物理状态：固态、液态 和气态 热学是研究一切物态的热现象的学科，我们这里主 要研究气态，但有时也会牵涉到固态和液态。 热力学利用宏观上可观测的物理量，如： 来研究热现象的规律。 p,V,T

从微观上看,热学主要研究宏观热现象的本质,即宏 观热现象的微观解释:构成宏观物体的大量微观粒子 的永不休止的无规运动的统计规律,这部分称为气体 动理论,也称为统计物理学。 气体动理论利用不可直接测量的、描述个别分子运动 状态的微观量,如⑦等,来研究热现象的规律 单个分子的运动是无序的,具有偶然性,遵循力学规 律。但整体(大量分子)服从统计规律。 微观量统计平均 宏观量 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 单个分子 的运动是无序的，具有偶然性，遵循力学规 律。但整体（大量分子）服从统计规律 。 气体动理论利用不可直接测量的、描述个别分子运动 状态的微观量，如 v 等，来研究热现象的规律。 从微观上看，热学主要研究宏观热现象的本质，即宏 观热现象的微观解释：构成宏观物体的大量微观粒子 的永不休止的无规运动的统计规律，这部分称为气体 动理论，也称为统计物理学。 微观量 统计平均 宏观量

热力学(宏观研究方法)与气体动理论(微观研究方 法)比较: 宏观研究方法 1)具有可靠性;2)知其然而不知其所以然;3) 应用宏观参量。 微观研究方法 )揭示宏观现象的本质;2)有局限性,与实际 有偏差,不可任意推广 两种方法的关系 热力学]一相相成心[气体动理论 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 热力学 （宏观研究方法）与气体动理论（微观研究方 法）比较： 宏观研究方法 1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然； 3） 应用宏观参量 。 微观研究方法 1）揭示宏观现象的本质；2）有局限性，与实际 有偏差，不可任意推广 . 两种方法的关系 热力学 相辅相成 气体动理论

气体的宏观物态参量 用什么物理量来描述一个热力学系统? 个热力学系统,如果没有外界因素的影响, 当这个系统经过足够长的时间以后,将会达到一个 稳定的、宏观性质不随时间变化的状态,这一状态 称为平衡态.(理想状态) 从微观上看,组成气体的分子的运动状态时刻 都在变化,所以,热力学系统的平衡态是一种动态 平衡。 个热力学系统的平衡态一般需要几何参量、力 学参量、化学参量、电磁参量和热学参量来描述。对 理想气体,需要: 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 二 气体的宏观物态参量 用什么物理量来描述一个热力学系统？ 一个热力学系统，如果没有外界因素的影响， 当这个系统经过足够长的时间以后，将会达到一个 稳定的、宏观性质不随时间变化的状态，这一状态 称为平衡态 .（理想状态） 从微观上看，组成气体的分子的运动状态时刻 都在变化，所以，热力学系统的平衡态是一种动态 平衡。 一个热力学系统的平衡态一般需要几何参量、力 学参量、化学参量、电磁参量和热学参量来描述。对 理想气体，需要：

1气体压强( Pressure)P:作用于容器壁上单位面积 的正压力(力学描述)。 国际单位:1Pa=1N.m2 标准大气压:45纬度海平面处,0C时的大气压. latm=1.013×103Pa 2体积( Volume)v:气体所能达到的最大空间(几 何描述)。 单位:1m3=103L=103dm3 3温度( Temperature)T:气体冷热程度的量度(热 学描述)。 热力学温标( temperature scale) 单位:开尔文( Kelvin)K T=273.15+t 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 1 气体压强(Pressure) p：作用于容器壁上单位面积 的正压力（力学描述）。 国际单位： 2 1Pa 1N m − =  2 体积(Volume)V：气体所能达到的最大空间（几 何描述）。 3 3 3 3 单位： 1m =10 L =10 dm 5 1atm 1.013 10 Pa =  标准大气压： 纬度海平面处, 时的大气压.  45 0 C  3 温度(Temperature)T：气体冷热程度的量度（热 学描述）。 T = 273.15 + t 热力学温标(temperature scale) 单位:开尔文(Kelvin)K

理想气体( (ideal gas)物态方程( equation of state) 理想气体宏观定义:遵守三个实验定律的气体 玻意耳(Boye)定律 7不变时P=C 查理( Charles)定律 J不变时p/T=C 盖一吕萨克( Gay-Lussac定律n不变时V/T=c 记忆方法JB→C→G 7←1←p 物态方程:描述物质存在的物理状态所需的参量之间 的函数关系。如理想气体平衡态宏观参量间的函数关 系 T=f(p,r) 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 三 理想气体(ideal gas)物态方程(equation of state) 理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 . 玻意耳(Boyle)定律 查理(Charles)定律 盖—吕萨克(Gay-Lussac)定律 T不变时 pV c = V不变时 p T c / = p不变时 V T c / = 记忆方法 B C G → → T V p   物态方程：描述物质存在的物理状态所需的参量之间 的函数关系。如理想气体平衡态宏观参量间的函数关 系 T f p V = ( , )

对于理想气体 定质量的21_P22 同种气体 理想气体物 态方程 pv- m RT=URT M 摩尔(moe)气体常量R=831Jmol.K 1mo气体的分子数为 Avogadro常数 N=6.022×1023(个分子/mo 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 1 1 8.31J mol K − − 摩尔(mole)气体常量 R =   一定质量的 同种气体 理想气体物 态方程 1 1 2 2 1 2 p V p V T T = m pV RT RT M = =  1 mol气体的分子数为 Avogadro 常数 23 6.022 10 NA =  ( 个分子/mol ) 对于理想气体

标准状态:1atm=1.013×105PaT=273.15K 1mo气体的体积 (0°C) =22.4L=2.24×102m3 p=RTR如何计算? mol s'S-mol R T R、P.s=mol_1.013×103×22.4x103 273.15 8307≈831( J mol. K-) 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 pV RT =  R 如何计算？ mol pV pV T T =  s s mol s p V T  − = = R s s mol s p V R T − = 5 3 1.013 10 22.4 10 273.15 −    = = 8.307 1 1 8.31(J mol K ) − −    标准状态： 5 1atm 1.013 10 Pa =  T = 273.15K 1 mol气体的体积 2 3 V 22.4L 2.24 10 m− = =  o (0 ) C

五准静态过程 quasI- static process)(理想化的过程) 准静态过程:从一个平衡态到另一平衡态所经过 的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程 砂子 活塞 2(P2H272) 气体 2 青岛科技大学 大学物理讲义

青岛科技大学 大学物理讲义 五 准静态过程(quasi-static process)（理想化的过程） 准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过 的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程 . 气体 活塞 砂子 ( , , ) p1 V1 T1 ( , , ) p2 V2 T2 V1 V2 p1 2 p p o V 1 2