理想气体物态方程与内能

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1、第十五讲　理想气体物态方程与内能从宏观上看，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(stateofmatter)：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。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）

2、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　　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。宏观量微观量统计平均热力学（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.两种方法的关系气体动理论热力学相辅相成二　气体的宏观物态参量用

3、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：2体积(Volume)V：气体所能达到的最大空间（几何描述）。单位：标准大气压：纬度海平面

4、处,时的大气压.3温度(Temperature)T：气体冷热程度的量度（热学描述）。热力学温标(temperaturescale)单位:开尔文(Kelvin)K三　理想气体(idealgas)物态方程(equationofstate)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V不变时p不变时记忆方法物态方程：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摩尔(mole)气体常量一定质量的同种气体理想气体物态方程1mol

5、气体的分子数为Avogadro常数(个分子/mol)对于理想气体如何计算？标准状态：1mol气体的体积五　准静态过程(quasi-staticprocess)（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12六　功(work)（过程量）准静态过程功的计算注意：作功与过程有关.宏观运动能量热运动能量功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化.气体对外界作功气体对外界不作功外界对气体作正功，气体对外界作负功注意气体对外界作功外界对气体作功七　热量(heat)（过程量）通过传热方式传

6、递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同.1卡(calorie)=4.18J，1J=0.24卡功与热量的异同吸热放热规定作机械功改变系统状态的焦耳实验AV作电功改变系统状态的实验八　热力学第一定律我们可以通过作功、传热等方式，把外界的能量传给气体。如果外界对气体作正功，同时气体又吸收热量，根据能量守恒定律，气体的能量必然增加。从宏观上看，气体增加的能量表现在哪里呢？气体变热了，温度升高了！从微观上看，气体

7、增加的能量又表现在哪里呢？气体分子运动的机械能！气体分子运动的动能与分子之间的势能、分子内部原子振动的动能与原子间的势能，总称为气体的内能(internalenergy)。以后我们可以证明：理想气体的内能仅是温度的函数。系统内能为表征系统状态的单值函数，它的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关。由能量守恒定律：系统吸收的热量实验证明系统从A状态变化到B状态，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，外界做功和传给系统的热量之和保持不变.2AB1**2AB1**系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历

8、的过程无关.理想气体内能:表征系统状态的单值函数,理想气体的内能仅是温度的函数.2AB1**2AB1**九