理论教育 气体状态参量:了解物理

气体状态参量:了解物理

时间:2023-10-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于一定质量的气体来说,气体的状态常用体积V,压强p及温度T三个物理量来描述,每组p、V、T数据,就确定气体的一个状态,这三个量称为气体的状态参量。因而气体的体积由容器的容积决定。气体对容器器壁的压强,是由于大量的气体分子对器壁的撞击而产生的。理论上可以证明,气体的压强与气体的分子密度和热力学温度的乘积成正比。

气体状态参量:了解物理

力学中,我们用质点所在的位置和在该位置的速度这两个物理量,来确定质点的运动状态。再热学里,我们研究的是组成物质的大量分子的集体状态。对于一定质量的气体来说,气体的状态常用体积V,压强p及温度T三个物理量来描述,每组p、V、T数据,就确定气体的一个状态,这三个量称为气体的状态参量。下面分别介绍这三个参量的的含义。

体积V 由于气体分子可以自由移动,所以气体具有充满整个容器的性质。因而气体的体积由容器的容积决定。在国际单位制中,体积的单位是:立方米,符号是m3;体积的其他单位还有立方分米,符号是dm3立方厘米,符号是cm3。日常生活和生产中还用升,符号是L作单位。它们的关系是:

温度T 温度是用来表示物体冷热程度的物理量。要定量地确定温度,必须给物体的温度以具体的数值,这个数值决定于温度零点的选择和分度的方法。温度数值的表示方法叫做温标,日常生活中常用的温标叫做摄氏温标,它是把1.013×105pa气压下水的冰点定为零度,沸点定为100度,中间分为100等分,每一等分代表1度。用这种温标表示的温度叫做摄氏度,用符号t表示,单位为摄氏度,简称度,符号为℃。

在国际单位制中,以热力学温标(又叫绝对温标)作为基本温标,这种温标以-273.15℃作为零度,叫做绝对零度。用这种温标表示的温度,叫做热力学温度(或绝对温度),用符号T表示,单位是开尔文,简称开,符号K。热力学温标和摄氏温标只是零点的选择不同,但它们的分度方法相同,即二者每一度的大小相同。因此,热力学温度和摄氏温度之间的关系为

为计算上的简化,可取绝对零度为-273℃,这样,上式可写成

例如气压为1.013×105Pa时,冰的熔点t=0℃,则T=273K;水的沸点t=100℃,则T=(100+273)K=373K。

温度与物质分子的热运动密切相关,温度越高,分子热运动越剧烈。各分子速度的平均值——分子平均速度也越大,因而各分子动能的平均值——分子平均动能也越大;温度越低,分子平均速度和平均动能越小。所以,温度的高低标志着物体分子平均动能的大小。

压强p 压强是器壁单位面积上所受的压力。气体对容器器壁的压强,是由于大量的气体分子对器壁的撞击而产生的。虽然每个分子对器壁的撞击力很小,而且也不连续,但是做热运动的大量气体分子的撞击,就对器壁产生了持续稳定的压力。这就像人们在骤雨中打伞行走,大量雨点打在伞上那样,虽然单个雨滴对雨伞的撞击力不大,也不连续,但是大量雨滴对伞是一个平均的持续压力。又因为大量气体分子在做无规则运动,所以平均说来,对器壁任何一处,在相同的时间内,单位面积上的撞击次数和撞击作用是一样的,故气体对器壁各个方向的压强相等。(www.daowen.com)

气体对容器器壁的压强究竟与哪些因素有关呢?从压强的产生我们不难想象,它应与单位体积内气体的分子数——分子密度和气体的温度有关。因为气体的分子密度越大,单位时间内器壁单位面积上受到的撞击次数也越多,对器壁的压强也越大。气体的温度越高,气体的分子的平均动能越大,分子对器壁每一次撞击作用也越大,产生的压强也越大。理论上可以证明,气体的压强与气体的分子密度和热力学温度的乘积成正比。

在国际单位制中,压强的单位是帕斯卡,简称帕,符号是Pa。1Pa在数值上就是1m2面积上作用1N的压力,即

在实验室中,常用开口U形管压强计(通常用汞柱的高度表示压强)来测量气体的压强,如图2-3所示。

图2-3 开口U形管压强计

图2-3(a)中,A处的压强为瓶内气体的压强p,B处的压强是大气压强p0和h高的水银柱产生的压强ph之和。在平衡的情况下,U形管两侧同一水平面上A、B两处压强应相等,所以

同理,在图2-3(b)所示的情形中,应有p+ph=p0,即

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈