研究一個問題時,不管它屬於什麼領域,有一個通用的基本原則:
必須想辦法弄清楚,影響這個問題的基本因素有哪些
“氣體動理論”,研究的是氣體的熱運動規律。那麼,影響氣體的宏觀性態的因素有哪一些呢?
1、氣體有什麼描述參量?
研究物件:一定量的氣體(想象密閉到罐子容器中的空氣)
1)體積 V
這是一個幾何量,是一個可測量可計算的空間量
2)壓強 P
壓強是單位面積上承受壓力的反映。這是一個力學的量
3)溫度 T
這是一個熱力學量
以上的三個量,從宏觀角度描述了一定量氣體的性態,這三個量也叫做
氣體的物態參量。
那麼,為什麼這三個物理量就能宏觀的描述氣體性態呢?
2、“理想氣體”三大實驗定律
既然出現新的名詞,那就有必要先來解釋下,什麼是“理想氣體”:
一定量的氣體,溫度不太低(與室溫比),壓強(與大氣壓比)不太大的情況下,就是理想氣體。
看出來了嗎?理想氣體,就是對氣體的三個物態參量做了一些限制。在這種適用條件下,物理學家透過實驗發現了幾個定律。
2.1、波義耳定律
1662年,英國化學家波義耳透過實驗發現:
“
在密閉容器中的定量氣體,在恆溫下,氣體的壓強和體積成反比關係。
”
波義耳定律的數學描述(T不變)
這個定律看上去形式簡單,意義簡直不要太大:它是第一個
描述氣體熱運動的定律,而且是一個數量公式。
2.2、蓋-呂薩克定律
1802年,法國化學家、物理學家
蓋·呂薩克透過實驗發現:
“
壓強不變時,一定質量氣體的體積跟熱力學溫度成正比。
”
蓋·呂薩克定律(壓強保持不變)
2.3、查理定律
查理是和蓋·呂薩克同一時期的法國科學家,透過實驗發現:
“
一定質量的氣體,當其體積一定時,它的壓強與熱力學溫度成正比。
”
查理定律(體積不變)
以上就是關於氣體三大實驗定律。這三大實驗定律的研究物件都是一定量的氣體,描述的是氣體的體積,壓強,溫度之間的關係。所以說,這三大實驗定律的發現,也從另一個角度確定了氣體宏觀性態研究的三大參量。
理想氣體的物態方程
對於一定量的氣體,上面的三大實驗定律從宏觀上揭示了氣體性態的規律。1811年,義大利化學家
阿伏伽德羅,發表了一個氣體分子論的假說,也就是
阿伏加德羅定律:
“同溫同壓下,相同體積的任何氣體含有相同的分子數。”
對於理想氣體來說,三大物態參量之間存在著一個複雜的變化關係。根據三大實驗定律和阿伏加德羅定律,理想氣體的
物態方程
:
理想氣體物態方程
其中,N是一定量氣體中的氣體分子總數;k是玻爾茲曼常量。
上面的方程也常常表述為以下形式:
理想氣體物態方程
其中,n是氣體分子的密度,N/V
到此,氣體的宏觀三大特徵量與微觀分子數量之間的聯絡建立了,我們已經入門了氣體的熱動力學基礎。