理想氣體狀態(tài)方程:
1.表述:一定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化時(shí),其壓強(qiáng)和體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比是個(gè)常數(shù).
2.表達(dá)式:
這個(gè)常數(shù)C由氣體的種類與氣體的質(zhì)量決定,或者說(shuō)這個(gè)常數(shù)由物質(zhì)的量決定,與其他參量無(wú)關(guān)
3.適用條件:質(zhì)量一定、理想氣體
4.與實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系:
氣體的三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律是理想氣體狀態(tài)方程的特例:
5.兩個(gè)推論:
(1)密度方程:
上式與氣體的質(zhì)量無(wú)關(guān),即不要求質(zhì)量恒定
(2)道爾頓分壓定律:
一定質(zhì)量的氣體分成n份(或?qū)份氣體合為一份)時(shí)
此式要求氣體的質(zhì)量不變,即前后總質(zhì)量相同
活塞類問(wèn)題的解法:
1.一般思路
(1)分析題意,確定對(duì)象:熱學(xué)研究對(duì)象(一定質(zhì)量的氣體);力學(xué)研究對(duì)象(活塞、缸體或系統(tǒng))。
(2)分析物理過(guò)程,對(duì)熱學(xué)對(duì)象依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律列方程;對(duì)力學(xué)對(duì)象依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程。
(3)挖掘隱含條件,列輔助方程。
(4)聯(lián)立求解,檢驗(yàn)結(jié)果。
2.常見(jiàn)類型
(1)系統(tǒng)處于力學(xué)的平衡狀態(tài),綜合利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和平衡方程求解。
(2)系統(tǒng)處于力學(xué)的非平衡狀態(tài),綜合利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解。
(3)容器與封閉氣體相互作用滿足守恒定律的條件(如動(dòng)量守恒、能量守恒、質(zhì)量守恒等)時(shí),可聯(lián)立相應(yīng)的守恒方程求解。
(4)多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的氣缸分別密閉幾部分氣體時(shí),可分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,列出相應(yīng)的氣體狀態(tài)方程,再列出各部分氣體壓強(qiáng)之間及體積之問(wèn)的關(guān)系式,聯(lián)立求解。
變質(zhì)量氣體問(wèn)題的處理方法:
氣體三定律與氣體的狀態(tài)方程都強(qiáng)調(diào)“一定質(zhì)量的某種氣體”,即氣體狀態(tài)變化時(shí),氣體的質(zhì)量不能變。用氣體三定律與氣體狀態(tài)方程研究變質(zhì)量氣體問(wèn)題時(shí)有多種不同的處理方法。
(1)口袋法:給初狀態(tài)或者末狀態(tài)補(bǔ)接一個(gè)口袋,把變化的氣體用口袋收集起來(lái),從而保證質(zhì)量不變。
(2)隔離法:對(duì)變化部分和不變部分隔離.只對(duì)不變部分進(jìn)行研究,從而實(shí)現(xiàn)被研究的氣體質(zhì)量不變。
(3)比較常數(shù)法:氣體常數(shù)與氣體質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量變化,氣體常數(shù)變化;質(zhì)量不變,氣體常數(shù)不變。根據(jù)各個(gè)狀態(tài)的已知狀態(tài)參量計(jì)算出各個(gè)狀態(tài)下的氣體常數(shù)C,然后進(jìn)行比較。
(4)利用推論法:氣體的密度方程不要求質(zhì)量恒定,可由此得到相應(yīng)狀態(tài)的密度,再結(jié)合體積等解決問(wèn)題。也可利用分壓定律來(lái)研究變質(zhì)量氣體的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō),有以下四種典型的情景,可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)膶?duì)象化變質(zhì)量為定質(zhì)量:
、俪錃鈫(wèn)題
向球、輪胎中充氣是一個(gè)典型的氣體變質(zhì)量問(wèn)題,只要選擇球內(nèi)原有氣體和即將打入的氣體作為研究對(duì)象,就可把充氣過(guò)程中的氣體質(zhì)量變化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問(wèn)題。
、诔闅鈫(wèn)題
從容器內(nèi)抽氣的過(guò)程中,容器內(nèi)的氣體質(zhì)量不斷減小,這屬于變質(zhì)量問(wèn)題。分析時(shí),將每次抽氣過(guò)程中抽出的氣體和剩余氣體看成整體來(lái)作為研究對(duì)象,質(zhì)量不變,抽氣過(guò)程中的氣體可看成是等溫膨脹過(guò)程。
③灌氣問(wèn)題
將一個(gè)大容器里的氣體分裝到多個(gè)小容器中的問(wèn)題也是一個(gè)典型的變質(zhì)量問(wèn)題。分析這類問(wèn)題時(shí),可以把大容器中的氣體和多個(gè)小容器中的氣體看成整體來(lái)作為研究對(duì)象,將變質(zhì)量問(wèn)題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問(wèn)題。
、苈鈫(wèn)題
容器漏氣過(guò)程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化,屬于變質(zhì)量問(wèn)題,不能用理想氣體狀態(tài)方程求解。如果選容器內(nèi)剩余氣體為研究對(duì)象,便可使問(wèn)題變成一定質(zhì)量的氣體狀態(tài)變化,可用理想氣體狀態(tài)方程求解。