7–2-状态-状态参量-理想气体的状态方程

上页下页末页退出首页上页下页末页退出首页一、热力学系统由大量微观粒子（分子、原子……）所组成的宏观体系称为热力学系统。我们主要考虑由大量气体分子（原子）作无规则运动所构成的热力学系统（thermodynamicssystem）。二、平衡态在与外界无能量和物质交换的条件下，系统内部没有化学反应，系统的宏观性质不随时间变化的状态称为热力学平衡态（thermalequilibriumstate），简称平衡态。上页下页末页退出首页一个系统处于热力学平衡态，必须同时满足两个条件：（1）系统与外界无能量交换：（2）系统宏观状态不随时间变化。三、描述气体系统的状态参量系统处于热力学平衡态时，描述系统宏观物理性质的物理量称为状态参量（statevariables）。对于一定质量的理想气体（idealgas），其状态可用三个参量描述：（1）体积（V）。上页下页末页退出首页（2）压强（P）。（3）温度（T）。tT15.273绝对热力学温度的单位为“开尔文”，简称“开”，用符号“K”表示。绝对热力学温度T与摄氏温度t之间的关系为：四、理想气体的状态方程（P1、V1、T1）（P2、V2、T2）上页下页末页退出首页（P1、V1、T1）（P2、V2、T2）（Pc、V2、T1）等温等容在第一变化过程中，根据玻意耳一马略特定律，有211VPVPC在第二变化过程中，根据查理定律，有212TTPPC112CPVPV212TTPPC222111TVPTVPCTPV上页下页末页退出首页所以质量为M，摩尔质量为的理想气体在标准状态下体积molM000TVPC000molTVPMM000TVPR令K15.273molm104.22mN10013.11332511KmolJ31.80mol0VMMV0V：标准状态下摩尔体积。：标准大气压。0P：0ºC。0T（普适气体恒量）上页下页末页退出首页RTMMRTPVmol这就是理想气体的状态方程，也称克拉珀珑方程。克拉珀珑肖像222111TVPTVP11000KmolJ31.8TVPR上页下页末页退出首页7–1气体在平衡状态时有何特征？气体的平衡态与力学中所讲的平衡有什么不同？7–2一根金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间变化。试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？7–3有人认为：“对于一定量的某种气体，如果同时符合三个气体实验定律（玻意耳–马略特定律、盖·吕萨克定律、查理定律）中的任意两个，那么它就必然符合第三个定律”。这种说法对吗？为什么？7–4同一地方，一年四季大气压强一般差别不大，为什么在冬天空气的密度比较大？上页下页末页退出首页【例题7–1】一氧气瓶的容积为30L，其中氧气的压强为120atm，规定瓶内的氧气压强降到10atm就要充气，以免混入其他气体而洗瓶。今有一工厂，每天要用1.0atm的氧气350L，问一瓶氧气能用几天（设使用过程中，温度不变）?解：思路用掉的氧气的总质量→每天用掉的氧气的质量→用掉的氧气的总质量/每天用掉的氧气的质量=一瓶氧气使用的天数，（1）求用掉的氧气的总质量。以瓶中氧气为研究对象，过程的初末平衡态分别为P1、V1、T1和P2、V2、T2。设使用前和需要充气时瓶内的氧气质量分别为M1和M2，气体的摩尔质量为Mmol。根据理想气体的状态方程，有上页下页末页退出首页1mol111RTMMVP2mol222RTMMVPVVV21TTT21)(21mol21PPRTVMMMM（2）求每天用掉的氧气的质量。以每天用掉的氧气为研究对象，其平衡态为P3、V3、T3，设每天用掉的氧气质量为M3，根据理想气体的状态方程，有上页下页末页退出首页3mol333RTMMVPTT3天4.9)(33213VPPPVMMnRTVPMM33mol3（3）用每天用掉的氧气的质量M3除用掉的氧气的总质量M，得一瓶氧气使用的天数n，即