一、气体的等容变化
1. 等容变化:
一定质量的气体在体积不变时,压强随温度的变化叫做等容变化。
2. 查理定律:
一定质量的某种气体,当体积不变时,各种气体的压强p与温度之间都有线性关系,如图所示,我们把它叫做查理定律.
注:B点纵坐标是0摄氏度的压强,并非大气压。
3. 热力学温标的建立:
建立背景:由查理定律中压强p与与摄氏温度t的变化关系图甲可以看出,在等容过程中,压强跟摄氏温度是一次函数关系,而不是简单的正比例关系。
如果把该图的AB直线延长至与横轴相交,把交点当做坐标原点,建立新的坐标系(图乙)此时压强与温度的关系就是正比例关系了。
图乙坐标原点的意义“气体压强为零时其温度为零”。
由此可见,为了使一定质量的气体在体积不变的情况下,压强与体积成正比,只需要建立一种新的温标就可以了。
在现实中通过对大量的“压强不太大(相对标准大气压),温度不太低(相对于室温)”的各种不同气体做等容变化的实验数据可以证明:
一定质量的气体压在强不太大,温度不太低时,坐标原点代表的温度就是热力学温度的零度,这就是热力学温度零点的物理意义。
由此可见:热力学的零点就规定为气体压强为零的温度。
在建立热力学温标之前,人们已经建立了华氏、摄氏温标,但这些温标都是与测温物质的热学性质有关,当采用不同的测温物质去测量同一温度时会产生一定差异,这种差异是不能克服的。
而由热力学温标的建立可知:
热力学温度是在摄氏温度的基础上建立起来的,零点的确定与测温物质无关,因此热力学温标是一种更为简便科学的理论的温标,它的零度不可能达到。又叫绝对零度。
4. 查理定律的热力学温标描述:——查理定律:
(1)查理定律:
一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比。
(2)表达式:
注:这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数,它们并不相等。这里的C与气体的种类、质量和压强有关。
(3)图像表述——等容线
等容线:一定质量的某种气体在等容变化过程中,压强p跟热力学温度T的正比关系p-T在直角坐标系中的图象叫做等容线.
①在P-T图线中,一定质量某种气体的等容线是一条反向延长线通过坐标原点的直线。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态,同一根等容线上各状态的体积相同.不在同一条等容线上点的体积与该条线上的体积一定不同。
③通过控制变量法,做出垂直于温度的等温线,如图所示。根据等温规律知质量相同的同种气体,压强大的体积小,可得 V2<V1。
进而可得不同体积下的等容线,斜率越大,体积越小,由此可见:等压线的斜率表示体积的倒数。
(4)成立条件及适用范围:
成立条件:质量不变,体积不变
适用范围:压强不太大,温度不太低
(5)注意事项:
①查理定律是实验定律,由法国科学家查理通过实验发现的.
②在p/T=C中的C与气体的种类、质量、体积有关.
注意:p与热力学温度T成正比,不与摄氏温度成正比,但压强的变化p与摄氏温度t的变化成正比.
一定质量的气体在等容时,升高(或降低)相同的温度,所增加(或减小)的压强是相同的.
③解题时前后两状态压强的单位要相同,温度必须取国际单位制单位开尔文(K)
5. 查理定律的摄氏温标描述:
对比查理定律分别以热力学温标和摄氏温标为温度单位的等容线,根据以摄氏温标为温度单位的等容线的特点,描述出查理定律的摄氏温标描述。
不同点:摄氏温度的00C时的压强不是0,而热力学温标的0k时的压强为0 Pa,这个0 Pa可以看作由摄氏0度的压强值降低了273度后而得到的。
摄氏温标描述:
(1)文字描述:一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或a降低) 1℃,增加(或减少)的压强等于它0℃时压强的1/273.
(2)表达式:
其中pt是温度为t时的压强,p0是0 ℃时的压强.
(3)图像:
6. 查理定律的微观解释
一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的,体积(V)保持不变时,其单位体积内的分子数(n)也保持不变。
当温度(T)升高时,其分子运动的平均速率(v)也增大,则气体压强(p)也增大;
反之当温度(T)降低时,气体压强(p)也减小。
7. 应用
①汽车、拖拉机里的内燃机,就是利用气体温度急剧升高后压强增大的原理,推动气缸内的活塞做功.
②打足了气的车胎在阳光下曝晒会胀破
③水瓶塞子会迸出来.
二、气体的等压变化
1、等压变化:
一定质量的某种气体,在压强保持不变时, 体积随温度的变化叫做等压变化。
2、盖·吕萨克定律:
(1)文字描述:
一定质量的某种气体,在压强p不变的情况下, 其体积V与热力学温度T成正比.
(2)公式:
注:这里的C与气体的种类、质量和体积有关。
(3)图像表述——等压线
等压线:
一定质量的某种气体在等压变化过程中,体积V跟热力学温度T的正比关系V-T在直角坐标系中的图象叫做等压线.
图像特点:
①一定质量气体的等压线的V-T图象,是一条反向延长线经过坐标原点的直线,其斜率反映压强大小.
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态,同一根等压线上各状态的压强相同.不在同一条等压线上点的压强与该条线上的压强一定不同。
③通过控制变量法做垂直于横轴的等温线,如图所示,根据等温规律对质量相同的同种气体 体积大的压强小可得p2<p1 。
由此可看出不同压强下的等压线,斜率越大,压强越小, 可见:等压线的斜率表示压强的倒数。
(4)成立条件及适用范围:
成立条件:质量不变,压强不变
适用范围:压强不太大,温度不太低
(5)注意事项:
①盖·吕萨克定律是实验定律,由法国科学家盖·吕萨克通过实验发现的.
②在 V/T=C 中的C与气体的种类、质量、压强有关.
③ 一定质量的气体发生等压变化时,升高(或降低)相同的温度,增加(或减小)的体积是相同的.
④温度单位必须转化成热力学温度的单位;解题时前后两状态的体积单位要统一.
(6)盖·吕萨克定律也同样有摄氏温标描述.
①文字:
一定质量的气体,在压强不变的情况下,温度每升高(或降低) 1℃,增加(或减少)的体积等于它0℃时体积的1/273.
3、盖-吕萨克定律的微观解释
一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的,要保持压强(p)不变。
当温度(T)升高时,全体分子运动的平均速率V会增加,那么单位体积内的分子数(n)一定要减小(否则压强不可能不变),因此气体体积一定增大;
反之当温度降低时,同理可推出气体体积一定减小。
联系客服