氣體的基本狀態(tài)參數(shù)

氣體的基本狀態(tài)參數(shù)第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體的基本狀態(tài)參數(shù)氣體狀態(tài)參數(shù)的特性介紹氣體基本狀態(tài)參數(shù)及其特性氣體基本狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)的特性2/4第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月一、比容、密度和重度單位質(zhì)量的物質(zhì)所占有的體積，叫做比容，以符號ν表示，若質(zhì)量為m的物質(zhì)占有的體積為V，則其比容為單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的質(zhì)量，叫做密度，以符號ρ表示。若質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)占有的體積為V(m)，則其密度ρ為

§1—4氣體的基本狀態(tài)參數(shù)

第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)比容及密度的定義式，可知比容和密度互為倒數(shù)。即由于密度的大小說明物質(zhì)分子的密集和松散程度，因此比容的大小也是說明氣體分子的疏密程度。第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

單位體積內(nèi)含有物質(zhì)的重量，叫做重度，以符號γ表示。質(zhì)量為m(kg)的物質(zhì)其重量為mg，若其占有的體積為V，則其重度γ為

γ=比容、密度和重度都是說明物質(zhì)在某一狀態(tài)的分子疏密程度，所以它們實質(zhì)上是一個說明、物質(zhì)物理性質(zhì)的參數(shù)。三者的關(guān)系為第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例容積為60L的氧氣瓶內(nèi)，盛氧氣0.8KG，求氧氣的比容和重度。解：因為故那么v==

=0.075m3

那么γ===130.8N/m

第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例空氣在某一狀態(tài)下的重度為，求它的比容和密度。已知重力加速度。解：第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、壓力或壓強1、壓力的定義垂直作用在單位面積上的力，叫做壓力或壓強，以符號P表示。氣體的壓力乃是氣體分于作無規(guī)則運動時頻繁地撞擊容器內(nèi)壁的平均總結(jié)果。2、氣體壓力氣體的分子運動論指出氣體作用于容器壁上的壓力為

P=n·第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月式中P——力；n——分子濃度，即單位容積的分子數(shù)；——分子的平均移動動能；

m——分子的質(zhì)量；

ω——分子的均方根移動速度，由下式求得

ω== 其中ω，ω……ω表示各個分子的移動速度第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月上式說明氣體的壓力在數(shù)值上等于單位容積內(nèi)氣體分子平均移動動能的三分之二。若氣體作用于器壁面積A上的垂直作用力為F，則該壁面上的壓力為

P=第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3、幾個壓力單位的換算壓力的單位是帕斯卡，簡稱帕，以符號Pa表示，采用帕(Pa)作為壓力的單位，在工程實用上顯得太小，而數(shù)值太大，所以實際上采用千帕(KPa)或兆帕(MPa)作為壓力的實用單位，它們與帕(Pa)的關(guān)系為此外，暫時與國際單位制壓力單位并用的壓力單位還有：巴(bar)1bar=10Pa=0．1MPa第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

4、液柱高度壓力的大小有時用汞柱或水柱的高度表示。如圖(1—1—3)所示，設(shè)液注的截面積為A，高度為Z，液體的密度為ρ，則作用于底面積A上的總作用力F應(yīng)為該液柱的重量，即則由于液體的密度ρ為定值，所以液柱的高度與壓力成正比，因此用液柱的高度就可以代表壓力的大小。第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月5、物理大氣壓或標(biāo)準(zhǔn)大氣壓它是在緯度為45°，大氣溫度為0℃的海平面上的大氣常年平均壓力，通過氣壓計測定1個物理大氣壓為760毫米汞柱高，即

1atm=760mmHg若把物理大氣壓換算成SI制中常用的單位，即得1atm=760×133.32=101325N／m=1.01325bar第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月6、工程大氣壓或大氣壓工程制中力的單位為千克，面積的單位為平方米，于是壓力的單位是千克每平方米()。在工程實用上這個單位亦顯得太小，所以取千克每平方厘米（）作為實際應(yīng)用的單位，顯而易見

1=101at=0.98bar=735.6mmHg=0.968atm第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月7、液柱高度表示的壓力在熱力學(xué)中描寫氣體的狀態(tài)時，壓力應(yīng)是氣體的真實壓力或絕對壓力；它的數(shù)值不能用測量儀表直接測得，而是根據(jù)力學(xué)平衡的概念利用氣壓計與壓力表或U形管兩者綜合求得。如果氣體的絕對壓力P

高于大氣壓力，如圖1—1—4a所示，則

P=B+P

式中B——氣壓計測出的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ坏?5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月L——用液柱測出或用彈簧管式的壓力表測出：它是容器內(nèi)的氣體壓力高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)值，所以叫做表壓力或超出壓力，在圖1—1—4a中，如果氣體的絕對壓力P由低于大氣壓力，如圖1—1—4b所示，則

式中B——氣壓計測出的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?/p>

——用液柱測或儀表測出的氣體壓力；第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月是容器內(nèi)的壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ臄?shù)值，其值越大，則氣體的絕對壓力越小，亦即越接近真空，所以叫為真空度，測定真空度的儀表叫做真空表。在圖1—1—4b中上述的，B，，，的關(guān)系可用圖1—1—5表示。第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在某一確定的狀態(tài)下，氣體的絕對壓力保持不變，但是由于外界環(huán)境的變化，例如氣候的突變，氣壓計的讀數(shù)將發(fā)生變化，因此亦將發(fā)生變化；所以不是單值地與此確定狀態(tài)對應(yīng)，因而它不是一個狀態(tài)參數(shù)，這可由圖1—1—6看出。第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例用U形管測出某實驗設(shè)備的出口壓力是0．5mHg,而實驗室內(nèi)的氣壓計讀數(shù)為750mmHg，求該實驗設(shè)備的出口絕對壓力是多少?

解：利用式(1—1—13)得實驗設(shè)備的出口絕對壓力是

=750+0.5×1000=1250mmHg=1250×133.3=1.667×10Pa=1.67bar第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月例1—1—4，氧氣瓶上安裝的壓力表指示的壓力為47.5bar，這時氣壓計上的讀數(shù)為755mmHg,求瓶內(nèi)氧氣韻絕對壓力是多少?解：氣壓計上的讀數(shù)755mmHg換算為

=1.007bar≈1bar

代人式(1—1—13)得氧氣瓶內(nèi)的絕對壓力為P=1.007+47.5=48.507≈48.5bar第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、溫度熱力學(xué)第零定律溫度表示物質(zhì)冷熱的程度。兩個溫度不同的物體相接觸，高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高，兩者之間有熱的傳遞，經(jīng)過一段時間后，兩者的溫度相等，它們之間沒有熱量的傳遞，達(dá)到一個共同的熱平衡狀態(tài)。溫度概念的建立以及溫度的測定都是以熱平衡為依據(jù)的。由經(jīng)驗可知，若某物體（例如溫度計）分別與其它兩個物體處于熱平衡時（或溫度相等時），則這兩個物體彼此也處于熱平衡，即它們的溫度也必定相等——這就是熱力學(xué)第零定律。第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月分子運動論把溫度和氣體分子的平均移動動能聯(lián)系起來，它們之間具有如下的簡單正比關(guān)系

=CT

（1—1—15）式中T——熱力學(xué)溫度；

C——比例數(shù)，對任何氣體都是同一數(shù)值；

——分子的平均移動動能。第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月從式（1—1—15）可見，溫度的高低表示氣體分子的平均移動動能的大小，兩個溫度不等的物體相接觸，通過接觸面上分子的互相碰撞。溫度較高的物體，即分子平均移動動能較大的物體將部分能量傳給溫度較低的，即分子平均移動動能較小的物體，直到兩物體的平均移動動能相等時為止，亦即兩個物體的溫度相等，到達(dá)了熱平衡的狀態(tài)。第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度的高低使物體的體積、飽和蒸氣壓、氣態(tài)物質(zhì)在定容下的壓力或在定壓下的容積、電阻、接觸電動勢等發(fā)生變化。因此，利用物質(zhì)的某一個隨冷熱程度有顯著變化的物理量作為建立溫度計的標(biāo)志。例如，水銀溫度計就是利用水銀柱體體積與溫度的關(guān)系，電阻溫度計就是利用金屬絲的電阻與溫度的關(guān)系來決定溫度的高低。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)。過去老的攝氏溫標(biāo)規(guī)定在一個物理大氣壓純水結(jié)冰的溫度為0℃，沸騰的溫度為100℃，其間的溫度數(shù)值是按溫度與物質(zhì)物里量的線性函數(shù)確定的。由于溫度計中所選的測溫物質(zhì)不同，作為溫度標(biāo)志的物理量不同，切定的溫標(biāo)除在冰點與沸點相同外，其它溫度往往有較小的差別。為了避免這些差異提高溫度測量的精確度，1960年第十一次國際計量大會上通過的熱力學(xué)溫標(biāo)又名絕對溫標(biāo)或開爾文溫標(biāo)，它完全不依賴于任何測溫物質(zhì)的性質(zhì)。第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月這種熱力學(xué)溫標(biāo)用符號T表示；其單位為開爾文或簡稱為開，用符號K表示。熱力學(xué)溫標(biāo)是取水的三相點的溫度作為單一固定點，并規(guī)定水的三相點溫度為273.16K，而熱力學(xué)溫度單位開爾文為水的三相點溫度的1/273.16。所謂水三相點溫度的是指水的固、液、氣三態(tài)共存，并處于平衡狀態(tài)時的溫度。水的三相點溫度比水的冰點溫度高0.01K，所以水的冰點溫度在熱力學(xué)溫標(biāo)中為273.15K。第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在攝氏溫標(biāo)中，水的冰點溫度為0°C，而攝氏溫標(biāo)用符號t表示，采取熱力學(xué)溫標(biāo)相同的間隔，因此，熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)具有如下關(guān)系：

t=T－273.15

或T=273.15+t≈273+t這是1960年第十一次國際計量大會對攝氏溫標(biāo)所給予新的定義，它是從熱力學(xué)溫標(biāo)換算出來的，并且應(yīng)該給以全名為熱力學(xué)攝氏溫標(biāo)。第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月選取水的三相點作為參考點比選水的冰點作為參考點的好處有二：一是實驗裝置中三相點的溫度比較容易穩(wěn)定，可長期維持在萬分之一度內(nèi)不變；二是三相點不牽涉到外界條件，如大氣壓等。第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§1—5氣體狀態(tài)參數(shù)的特性一、狀態(tài)參數(shù)的單值性前述的三個基本狀態(tài)參數(shù)描述了在某一瞬時體系所處的狀態(tài)，也就是說，體系處于平衡狀態(tài)時，才可以用這些狀態(tài)參數(shù)來表示，而且某一參數(shù)只能有一個數(shù)值，不可能有兩個或兩個以上的數(shù)值，所以狀態(tài)參數(shù)的本身就說明了狀態(tài)的單值性，這不僅對比容、壓力和溫度三個基本狀態(tài)參數(shù)適用，而且對以后要介紹的內(nèi)能、焓和熵等狀態(tài)參數(shù)也適用。第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

狀態(tài)參數(shù)的單值性，就是體系的熱力學(xué)狀態(tài)一經(jīng)確定，則狀態(tài)參數(shù)的數(shù)值即隨之確定，而與熱力學(xué)體系如何過渡到這一狀態(tài)的變化過程無關(guān)。確定狀態(tài)參數(shù)的函數(shù)叫做點函數(shù)，它具有以下的數(shù)學(xué)特征。第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在任意變化過程中，熱力學(xué)體系從狀態(tài)1過渡到狀態(tài)2時，狀態(tài)參數(shù)的變化量，永遠(yuǎn)等于其起始狀態(tài)下的和終了狀態(tài)下的此狀態(tài)參數(shù)的差值，而與過渡的方式無關(guān)，即式中Z——任意狀態(tài)參數(shù)。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)熱力學(xué)體系自起始狀態(tài)經(jīng)歷一個變化過程，最后又回到起始狀態(tài)，即完成一個封閉的變化過程，此時，狀態(tài)參數(shù)的變化量為0，即由上所述，可見狀態(tài)函數(shù)的微分應(yīng)為全微分。狀態(tài)參數(shù)的本身雖然具有單值性，但是，各個狀態(tài)參數(shù)之間，并不都是互不相關(guān)的參數(shù)。經(jīng)驗和理論證明，在沒有化學(xué)反應(yīng)的