高中物理竞赛讲义热学2.ppt

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1、二、气体的性质22021/9/18玻意耳—马略特定律Boyle-MarriotLaw(Boyle,1662;Mariott,1679):“对于一定质量的气体，在温度不变时，其压强P和体积V的乘积是一常数：PV=C”跟温度T没有关系实际气体并不严格遵守这一定律，因为不同T时,C不一样在温度不太低时，压强越低，符合得越好。1理想气体状态方程32021/9/18盖·吕萨克定律:当一定质量气体的压强保持不变时，其体积随温度作线性变化；查理定律:当一定质量气体的体积保持不变时，其压强随温度作线性变化。42021/9/18利用前面的公式,得到:52021/9/18阿伏伽德罗定律:在气

2、体压强趋于0的情况下,相同温度和相同压强的1mol任何气体的体积都是一样的,在标准状态(T0=273.15K,p0=1atm)下,1mol气体Vm=22.414升此时:质量为M.摩尔质量为m,则摩尔数为M/m.在任何温度T,压强p,体积V下,有:62021/9/1872021/9/18理想气体状态方程是在“玻意耳—马略特定律”、“阿伏伽德罗定律”及“理想气体温标定义”的基础上推得的，而这三者仅在气体压强趋于零的极限情况下才严格成立，也就是说，实际气体的行为与理想气体状态方程是有偏离的。例1一容器储有氧气，压强为p=1.0atm,温度为27摄氏度，求1）单位体积的分子数2）

3、氧气密度3）氧分子质量4）分子间平均距离5）分子平均平动能例2质量为50.0g、温度为18.00C的氦气装在容积为10.0L的封闭容器内，容器以v=200m/s的速率做匀速直线运动。若容器突然停止，定向运动的动能全部转化为分子的热运动的动能，则平衡后氦气的温度和压强各增大到多少？以单个分子为研究对象，能量守恒。一个分子运动时，动能为：1/2mv2，内能为：3/2kT1停止运动时，动能为：，内能为：能量守恒：状态方程（V不变）112021/9/18可以说热气球是人类应用最早的飞行器例3热气球1783年6月4日，蒙戈菲尔兄弟在里昂安诺内广场做公开表演，一个圆周为110英尺的模

4、拟气球升起，飘然飞行了1.5英里．同年9月19日，在巴黎凡尔赛宫前，蒙戈菲尔兄弟为国王、王后、宫庭大臣及13万巴黎市民进行了热气球的升空表演．同年11月21日下午，蒙戈菲尔兄弟又在巴黎穆埃特堡进行了世界上第一次载人空中航行，热气球飞行了二十五分钟，在飞越半个巴黎之后降落在意大利广场附近．这次飞行比莱特兄弟的飞机飞行整整早了120年．122021/9/18一球形热气球，总质量(包括隔热很好的球皮以及吊篮等装置）为３００kg．经加热后，气球膨胀到最大体积，其直径为１８m．设球内外气体成分相同，球内气体压强稍高于大气压，已知大气温度为２７摄氏度，压强为１atm，标准状态下空气的

5、密度为１.３kg/m3试问热气球刚能上升时，球内空气的温度应为多少？加热到最大体积时候的状态参量为标况下：p1=1atm,T0=273K排开空气的状态：P1=1atm,V1=4/3p*r3,T1=300K气球内气体的状态：p2,V2,T2142021/9/18300K时，热气球排开的空气质量为：式中r=9m为球半径，是压强=1atm、温度T1=300K时的空气密度，已知：下的空气密度为由状态方程：代入，得152021/9/18因球皮，吊篮等装载的质量为300千克，故气球内热空气的质量为：气球内热空气的压强为温度记为　，体积V即为热气球容积摩尔质量为M162021/9/18

6、即则有172021/9/18对于被热气球排开的质量为　的空气，有即182021/9/18代入公式，得为使热气球刚好能上升，球内空气应加热到３２７K.192021/9/18道尔顿分压定律DaltonLaw（J.Dalton，1801）：“混合气体的总压强等于各组分气体的分压强之和”。混合气体占据体积为V，其中的气体1占据同样体积V时压强为p1，气体2占据同样体积V时压强为p2，…混合气体的压强较低时，才比较准确地成立。道尔顿分压定律的混合气体，它的各组分必具有理想气体的性质，因此各自都满足理想气体状态方程.2混合理想气体状态方程Equationofstateformixed

7、idealgases202021/9/18对于单一组分：式中V,T是混合理想气体的压强及温度，Mi、i是第i种组分气体的质量及摩尔质量。应用DaltonLaw对所有组分求和：—混合理想气体状态方程混合理想气体状态方程推导:212021/9/18其它推论:若定义混合气体的平均摩尔质量：则可由“混合理想气体状态方程”得到：因此，可以说：混合理想气体好似摩尔质量为的单一化学成分的理想气体。222021/9/18定义各组分的体积百分比：设想混合气体中所含的某种组分单独处在与混合气体相同的压强及温度的状态下，其体积占混合气体体积的百分