氣體的壓強跟溫度的關系

1、三、氣體的壓強跟溫度的關系在日常生活中，我們常會遇到這樣一些情況：夏天給舊的自行車車胎打氣，不宜打得很足，不然，在太陽下騎行，車胎容易爆裂；卡車在運輸汽水等飲料時，由于太陽曝曬，一些質(zhì)地較差的汽水瓶往往會爆裂。這些現(xiàn)象都表明氣體壓強的大小跟溫度的高低有關。我們可以用實驗的方法來研究一定質(zhì)量的氣體，在體積不變時，它的壓強跟溫度的關系。查理定律通過實驗探索，我們初步得出一定質(zhì)量氣體在體積不變時，它的壓強隨著溫度的升高而增大的結論。從實驗數(shù)據(jù)描繪出的p-t圖象，基本上是一條傾斜的直線(圖2-7),但是這樣還沒有反映出壓強和溫度間確切的關系。O圖2-7最早定量研究氣體壓強跟溫度的關系的是法國物理學家查

2、理(1746-1823)。我們?yōu)榱司_測量一定質(zhì)量氣體在體積不變時，不同溫度下的壓強，采用了圖2-8所示的實驗裝置。容器A中有一定質(zhì)量的空氣，空氣的溫度可由溫度計讀出，空氣的壓強可由跟容器A連在一起的水銀壓強計讀出。但溫度升高后，容器A中的空氣會膨脹，由于壓強計兩臂間是用橡皮管相連的，它的右臂可以上下移動。移上時，受熱膨脹后的空氣就能被壓縮到原來的體積?？刂谱兞糠ㄗ匀唤绨l(fā)生的各種現(xiàn)象，往往是錯綜復雜的。決定某一個現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設法把其中的一個或幾個因素用人為的方法控制起來，使它保持不變，然后來比較、研究其他兩個變量之間的關系，這是一種研究問

3、題的科學方法。例如物體吸收熱量溫度會升高，溫度升高多少是由多個因素決定的，跟吸收的熱量、物體的質(zhì)量以及組成物體的物質(zhì)性質(zhì)有關。在研究時，可以先使一些因素保持不變，如在物質(zhì)相同、質(zhì)量相同的情況下，觀察物體溫度升高跟所吸收熱量的關系；接著再研究同種物質(zhì)，不同質(zhì)量的物體吸收相等熱量時，溫度升高跟質(zhì)量的關系等等，從而得出物體溫度升高跟所吸收的熱量、物體的質(zhì)量和組成物體的物質(zhì)性質(zhì)的關系?？刂谱兞康目茖W方法在物理學的研究中是經(jīng)常使用的。這個實驗是按以下步驟進行的：先把容器A浸沒在冰水混和物中，這時容器A中的空氣溫度為0°C,調(diào)節(jié)壓強計右臂的位置使兩臂內(nèi)水銀面位于同一高度，這時容器A中的空氣壓強就

4、等于大氣壓強，記下壓強計左臂內(nèi)水銀面的位置B,這就是0C時容器A內(nèi)空氣體積V0的一個標記圖2-8（a）。然后將燒杯中的冰水混和物倒去，換成熱水，經(jīng)攪拌器攪拌后，讀取熱水溫度，即為容器A中空氣的溫度。容器A中的空氣受熱后壓強增大，體積也變大，這時壓強計兩臂內(nèi)的水銀面的高度差并不表示氣體體積不變時的壓強增加量，必須提起壓強計的可動臂（右臂），使左臂內(nèi)水銀面回到位置B,增大容器A內(nèi)空氣的壓強，以保持原來的空氣體積V0,這時，壓強計兩臂內(nèi)的水銀面的高度差將變大，讀出這一高度差h如圖2-8（b）所示，就可根據(jù)P=P0+ph，算出這一溫度下容器A中空氣的壓強。實驗時每一次改變熱水溫度后，都必須重新調(diào)節(jié)壓強

5、計可動臂的高度，使容器A中的空氣體積保持不變，并應記錄每一次改變溫度后，容器中空氣的溫度值和相應的壓強值。查理用各種氣體進行實驗，結果表明，一定質(zhì)量的各種氣體在體積不變時，溫度升高1（或降低）1°C,壓強的增加量（或減小量）等于它在o°c時壓強的肅1。這個實驗結論叫做查理定律。熱力學溫標根據(jù)查理定律可知，一定質(zhì)量的氣體在體積不變時，它的溫度從0C降低到一1C,氣體壓強將減小0C時壓強的。若把這個結論進行合理外推，便可得出當溫度降低到一273C時，氣體壓強將減小到零的推論（圖2-9）。p(Pa)一2730t(C)圖2-9英國物理學家、數(shù)學家開爾文（1824-1907）認為，既

6、然-273C時氣體的壓強為零，就意味著這時氣體分子的運動已停頓，這是絕對的零度，因此一273C被稱為絕對零度。1848年，開爾文提出了建立以一273C為零點的溫標，叫做開氏溫標，現(xiàn)稱做熱力學溫標，用熱力學溫標表示的溫度，叫做熱力學溫度。熱力學溫度用T表示，它的單位是開爾文，簡稱為開，符號是K。就每一開和每一度的大小來說，熱力學溫度和攝氏溫度是相等的。熱力學溫度T和攝氏溫度t之間的換算關系是1精確值應是1/278.153/4T=t+273,t=T273。我們從圖2-9的p-t圖象可以看出，如果把直角坐標系的橫坐標由攝氏溫t變?yōu)闊崃W溫度T將坐標軸的原點取在熱力學溫度的零開(即一273)處。這樣，

7、氣體壓強p和熱力學溫度T之間就有了正比關系(圖2-10)。于是，查理定律的表述就可以簡化為：一定質(zhì)量的氣體在體積不變時，它的壓強跟熱力學溫度成正比。若氣體壓強用p表示，熱力學溫度用T表示，查理定律可用以下公式表示p=TrriOp2T2圖2-1043210pppppp5/4【例題1】室溫為20°C時，把一只空瓶蓋緊，當時的大氣壓強為1.0X105帕。把這只瓶移到爐灶旁，當瓶內(nèi)空氣溫度升高到40C時，它的壓強是多大？【解】把瓶子蓋緊時，瓶內(nèi)空氣壓強p1=p0=1.0X105帕，溫度-=(20+273)開。移到爐灶旁，溫度T2=(40+273)開，瓶內(nèi)空氣的壓強發(fā)生了變化，但它的質(zhì)量和體積

8、都保持不變。根據(jù)查理定律p=令，p2T2瓶內(nèi)空氣壓強,313帕=293X105帕=1.07X105帕。PT21.0X105X(40+273)p2=T=20+273【例題2】鋼瓶內(nèi)貯有一定質(zhì)量的氧氣，在溫度為20C時，瓶內(nèi)氧氣壓強為6.0X106帕。如鋼瓶的耐壓值為14X106帕，則存放這瓶氧氣的環(huán)境溫度不得高于幾度？【解】由于鋼瓶的容積不變，當環(huán)境溫度升高時，瓶內(nèi)氧氣的壓強會增大，鋼瓶的耐壓值也就是瓶內(nèi)氧氣允許達到的壓強最大值。根據(jù)查理定律p1=¥，已知-=(20+273)開，p1=6.0X106帕，p2=14X106帕,p2T2所以開684開,T=唄=14X106X(20+273)

9、2p16.0X106即環(huán)境溫度不得超過t2=T2273=(684273)C=411CO所以在常溫下使用或存放這瓶氧氣是安全的，但不可把它放在十分靠近鍋爐等溫度很高的地方。工廠或醫(yī)院發(fā)生火災時，消防人員十分注意火區(qū)中是否存放氧氣瓶。如果有，則首先要控制住這些地方的火勢，迅速將氧氣瓶轉(zhuǎn)移到安全的地方。不然，溫度過高引起氧氣瓶爆炸，會造成更大的破壞。思考1.上海地區(qū)1990年78月份的平均氣溫比1989年相同月份的平均氣溫高出4.8°C,怎樣用熱力學溫度來表示？圖2-11圖2-122. 采用密封式罐裝、使用助推劑噴霧的殺蟲藥水，說明書上寫明“本品切勿放置在溫度高于50攝氏度的地方”。因此，

10、即使把用完了的藥水罐隨手擱在暖氣片上（圖2-11），也是不允許的。這是什么道理？3. 在爐灶上放一塊鐵板，燒熱后，將一些帶殼的干稻谷放在鐵板上。過一會兒只聽到稻谷“噼”“啪”作響，同時有一些就變成了爆米花（圖2-12）。試說明原因。練習四1. 在固定容積的容器里有一定質(zhì)量的氧氣，當溫度從30C上升到60C時,有的同學說，容器里的氧氣壓強將會增大到原來壓強的2倍。這樣的考慮對嗎？如果要使它的壓強增大到原來壓強的2倍，則容器里的氧氣溫度必須從30C升高到幾度？2. 盛在鋼瓶中的氫氣，在0C時，測得其壓強為910千帕。當溫度升高到27C時，壓強將變?yōu)槎啻螅?. 盛在鋼瓶中的氧氣，在17C時，測得其壓強為9.0兆帕。把它搬到環(huán)境溫度為37C的高溫車間內(nèi)，鋼瓶內(nèi)氧氣的壓強變?yōu)?.3兆帕。鋼瓶中的氧氣是否有泄漏？為什么？4. 在大氣壓強為1.0