大学物理章气体.ppt

上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1第一章 气体上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1（Page 59）2、4、11、12、13、1721上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11.1 概述1.3 理想气体1.4 真实气体1.2 气体分子动理论上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1气态(gas)；固态(solid)；液态(liquid)；等离子体(plasma)；第五态物质的状态上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11.3.1 理想气体模型(ideal gas model)分子间无吸引力、分子本身无体积的完全弹性质点模型如何理解？上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1 1、气体是大量分子的集合体（将气体分子当作质点）； 2、气体分子不断地做无规则的热运动，均匀分布在整个容器中； 3、气体分子在运动过程中的碰撞为完全弹性碰撞。 高温或低压下的气体近似可看作理想气体上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1在较低压力下,保持气体的温度和物质的量不变,气体的体积与压力的乘积为常数。, Tn不变1VppVCp1p2pV2V1V1 122pVp V(1) Boyle-Marriotte定律上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-10273.15/273.15tVV保持气体的压力和物质的量不变,气体的体积与热力学温度成正比。, pn不变0/1273.15tVV273.15/ KtT1212VVCTTVT00TVVT上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1在相同温度和压力下，相同体积的任何气体，含有的气体分子数相同。, Tp不变VnVCn相同的T，p下 1 mol 任何气体所占有的体积相同。上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1pVnRT注意事项： 1、使用时注意单位与R值的配套； 2、严格地讲，其只能适用于理想气体。可以用于温度不太低、压力不太高的实际气体（real gas）。上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1摩尔气体常数的准确数值可以由实验测定。R在一定温度下0p 时，当mpV 同一数值020406080100 120100015002000250030003500400045005000p / MPaN2HeCH4pVm/ Jmol-1理想气体例：测 300 K 时，N2、He、CH4， pVm - p 关系，作图 p 0时： pVm = 2494.35 J mol-1 R = pVm /T = 8.3145 J mol-1 K-1上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1 在压力趋于 0 的极限条件下，各种气体的行为均服从pVm= RT 的定量关系，R 是一个对各种气体都适用的常数。上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11. 混合物组成表示法2. Dalton 分压定律3. Amagat 分体积定律上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1气体混合物 若干种气体混合在一起，形成均匀的气体混合物上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11. B 的摩尔分数BBAAnxnBx称为B的摩尔分数或物质的量分数单位为1BxAAn混合物中所有物质的量的加和By表示气相中B的摩尔分数上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12. B 的体积分数*Bm,BB*Am,AAx Vx VB称为B的体积分数单位为1B混合前纯B的体积混合前各纯组分体积的加和*Bm,Bx V*Am,AAx V上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-13. B 的质量分数BBAAmwmBw称为B的质量分数单位为1BwB组分的质量混合物中所有物质质量的加和BmAAm上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1BB(1) n RTpVB的分压等于相同T，V 下单独存在时的压力12kBB(2) ppppp总压等于相同T，V 下，各组分的分压之和BBB(3) pnxpnDalton分压定律原则上只适用于理想气体上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1在相同的温度 T 和总压力 p 的条件下*12BB(1) kVVVVV V，p是系统的总体积和压力，Amagat 分体积定律原则上只适用于理想气体*BBB(2) VnxVn上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12. 液体的饱和蒸气压3. 临界状态4. 真实气体的p-Vm图5. 真实气体的状态方程1. 真实气体的压缩因子和Boyle温度6. 对比态定律7. 压缩因子图8. 分子间作用力上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11.压缩因子（ The compressibility factor）mpVpVZRTnRTZ=1，ideal gasesZ1，难被压缩Z1，易被压缩上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1 温度T一定时，理想气体的pVm与压力无关，但真实气体的pVm与压力有关。 在同一温度、不同气体，或同一气体、不同温度的情况下， pVm - p曲线都有左图所示三种类型。 (1) pVm 随 p增加而上升； (2) pVm 随 p增加，开始不变，然后增加 (3) pVm 随 p增加，先降后升。p pVm 图1.4.1 气体在不同温度下的 pVmp 图T TBT = TBT TB ：p增加，pVm增加，对应于上图；T = TB ： p增加，pVm开始不变，后增加，对应于中图；T TBT = TBT TB上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1在密闭容器内,蒸发与凝聚速率相等时,在一定温度下,这时蒸气的压力,称为达气-液平衡,该温度时的饱和蒸气压 p p外 Tb T饱和蒸气压是物质的性质上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1临界温度在该温度之上无论用多大压力,都无法使气体液化 p p外 Tb TCT临界状态CCm,C, TpV气-液界面消失,混为一体临界参数高于 称为超临界流体CT超临界流体上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1pgl1g1l1l2T2g1gCT3T2lCmV1TT1T2TcT3Critical point上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1pgl1g1l1l2T2g1gCT3T2lCCCm,C, TpVC为临界点Cm0TpVC22m0TpVmV1T上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11. van der Waals 方程2. 从临界参数求 a, b 值 3. van der Waals 方程的应用4. Virial 型方程上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1 荷兰科学家 van der Waals 对理想气体状态方程作了两项修正：（1）1 mol 分子自身占有体积为 b（2）1 mol 分子之间有作用力，即内压力2m/a Vvan der Waals 方程为：m2mapVbRTV上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1van der Waals 方程为：m2mapVbRTV22n apVnbnRTV或 a，b 称为van der Waals 常数a 的单位：62Pa mmolb 的单位：31mmol上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12mmmmm,0mmm22mmm()() ()()()0T pTTTRTapVbVpVpVVpVpRTVVRTaVbVbVp 上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1m22mmm2mBmmmB0()()1RTVRTaVbVbVVbaRTbVVbVaTRb上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1van der Waals 方程改写为：2mmRTapVbVCC23mm,Cm,C20TRTpaVVVbm,C3VbC2C324mm,Cm,C260TRTpaVVVbC827aTRbC227apbCm,CC83p VRTCCm,C82.6673RTp V上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-122cccc27648R TapR Tbp上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1(2) 已知 的值， , a b(1) 计算 等温线 mpV气-液平衡线出现极大值和极小值, , p V T 找出真实气体 之间的关系上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12(1) pVABpCp, , , , , , A B CABC式中：2(2) BCpVAVV 称为第一、第二、第三、Virial系数上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11、显压型 p=f(T, V, n)(1) The van der Walls equation of state2mmRTapVbV上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1(2) The Dieterici equation of state2mmexp()RTapVbRTV(3) The Berthelot equation of state2mmRTapVbTV上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12、显容型 V=f(T, p, n)The Callendar equation of state1nRTAVbpR T上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11. , , Reduced pressureReduced volumeReduced temperaturecmm,ccppVVTT上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-12. Van der Waalss equation of corresponding state23()(31)83. The law of corresponding state上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1应用: 1、处于相同对比状态的不同气体具有相同的物理性质，如粘滞性、折光率等。 2、处于相同对比状态的气体具有大致相同的Z和Zc。上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11.4.7 Compressibility factor chart压缩因子示意图Z0.21.03.0pr10.110Tr=1.01.031.051.42.0150.90.80.7152.01.41.051.031.0上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1Examplec154.3KT c49.7atmp 计算在-88及44.7atm时，1 mol氧气的体积。（查表得 ）上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1Answerrrcc273.288.0185.2K18544.71.200.899154.349.7TTpTpTp查图得 Z=0.8030.800.80 0.082 185.20.272dm44.7RTVp上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-11.4.8 分子间的作用力1、Keessom 力2、Debye 力3、London 力上一内容下一内容回主目录O返回2023-3-1理想气体模型；理想气体状态方程；摩尔气体常数；低压气体的三个经验定律；Dalton分压定律；Amagat分体积定律。压缩因子；Boyle温度；饱和蒸气压；临界参数（特别是临界温度）；真实气体的p-Vm图（特别是临界点的性质）；范德华方程（其中a和b的物理意义）；对比态定律（对比温度、对比压力、对比体积）；压缩因子图