物理奥赛热学知识点加强.doc

物理奥赛-热学部分(知识点加强)

一、气体动理论

1．热运动的描述

1.1.状态参量

为了描述物体的状态,我们常常采用一些物理量来描述物体的有关状态,例如体积、温度、压强、浓度等。这些描述状态的变量叫做状态参量。对于一定的气体（质量为m，摩尔质量为M），它的状态一般可用下列三个两来表征：（1）气体所占的体积V，（2）压强p，（3）温度T或t，这三个表示气体状态的量叫气体的状态参量。

1.1.1体积压强温度和热力学第零定律

（1）体积气体的体积是气体分子所能达到的空间，并非气体分子本身体积的总和；

（2）压强气体有压强，它表现为气体作用在容器壁单位面积上的指向器壁的垂直作用力；

（3）温度温度的概念比较复杂，它建立在热平衡基础上的。根据热力学第零定律，对A、B、C三个物体，如果A与B彼此间处于热平衡，B与C彼此间也处于热平衡，则A与C也一定处于热平衡。基于这个是事实，A、B、C就具有一个共同的宏观性质，我们将这个性质称为温度。温度的本质与物质分子运动密切有关，温度的不同反应物质内部分子运动剧烈程度的不同。在宏观上，简单说来，我们用温度表示物体的冷热程度，并规定较热的物体有较高的温度。温度数值上的标定方法称为温标，常用的有两种：一是热力学温标T，单位为K；另外是摄氏温标t，单位是℃。热力学温度T和摄氏温度t的关系是：t/℃=T/K-273.15

2.平衡态准静态过程

一气体系统若不受外界影响（无物质和能量交换）或只受恒定的外力场作用的条件下，气体系统的宏观特性（如温度、压强等）长时间不随时间改变的状态称为平衡态。处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效果不随时间改变，是一种动态平衡。

若经历非平衡过程后可以过渡到一个新的平衡态，此过程称为弛豫，所需时间称为弛豫时间。若过程进行得充分缓慢，使过程中的某一状态到相邻状态的时间比弛豫时间大得多，则每一中间态都可近似地看作平衡态。这样的过程称为准静态过程。

3.理想气体状态方程

表示平衡态的三个参量P、V、T之间存在着一定的关系。我们把反应气体的P、V、T之间的关系式叫做气体的状态方程。实验表明，一般气体在密度不太高、压强不太大（与大气压比较）和温度不太低（与室温比较）的实验范围内，遵守玻意耳-马略特定律、查理定理、盖-吕萨克定律。应该指出，对不同气体来说，这三条定律的适用范围是不同的，不易液化的气体，例如氮、氢、氧、氦等适用的范围比较大。实际上任何情况下都服从上述三条实验定律的气体是没有的。我们把实际气体抽象化，提出理想气体的概念，认为理想气体都能无条件地服从这三条实验定律。理想气体是气体的一个理想模型。

3.1三条实验定律的内容

（1）玻意耳-马略特定律

在保持温度不变的情况下，一定质量的气体的压强跟它的体积的乘积是不变的，即PV=恒量，于是P1V1=P2V2(P-V图像，气体的等温线为双曲线)

（2）查理定理

在保持体积不变的情况下，一定质量的气体的压强跟它的热力学温度成正比，即

（3）盖-吕萨克定律

在保持压强不变的情况下，一定质量的气体的体积跟它的热力学温度成正比。即

3.2理想气体状态方程

理想气体状态的三个参量P、V、T之间的关系即理想气体状态方程，可从这三个实验定律中导出，表述了一定质量的气体的压强p、体积V和热力学温度T之间的关系。（当质量为m、摩尔质量为M的理想气体平衡态时，它的状态方程为,式中的R叫做普适气体常量，在国际单位制中R=8.31J/(mol.K)）

a、推论1：=，此结论成功地突破了“质量一定”的条件约束，对解某些特殊问题非常有效。

b、推论2：气体混合（或分开）时，++…+，这个推论很容易由克拉珀龙方程导出。

c、道尔顿分压定律

当有n种混合气体混合在一个容器中时，它们产生的压强等于每一种气体单独充在这个容器中时所产生的压强之和,即P=P1+P2+P3+…+Pn

4．理想气体的压强和温度公式

4.1理想气体的压强公式推导

等概率假设：在气体动理论中经常用到一些等概率假设，如假设处于平衡态的气体，每个分子出现在容器内任何一点处的概率相等；每个分子朝各个方向运动的概率相等（如在直角坐标中，分子速度的三个分量的各种统计平均值相等）等。推导过程略

理想气体压强公式：。由公式可以看出，气体的宏观量压强，是大量气体分子作用于器壁的平均冲力，气体作用在器壁上的压强，既和单位体积内的分子数n有关，有和分子的平均平动动能有关；理想气体压强公式是反应大量分子行为的一种统计规律，并非力学定律，只对个别分子而言，气体压强没有意义。

4.2温度的本质和统计意义

设每个分子的质量是m0,则气体的摩尔质量M与m0之间的关系,而气体质量为m时的分子数为N，所以m与m0之间的关系.把这两个