2020年高中物理竞赛辅导课件★★理想气体的等温过程和绝热过程
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理想气体的等温过程与绝热过程理想气体是指在一定温度下,气体分子之间完全没有相互作用的气体模型。
在理想气体的热力学过程中,等温过程和绝热过程是两个重要的概念。
本文将分别介绍理想气体的等温过程和绝热过程,并探讨它们的特点和应用。
一、理想气体的等温过程等温过程是指在气体发生变化的过程中,温度保持不变。
对于理想气体而言,等温过程可以用以下方程来描述:PV = 常数(1)式中,P表示气体的压强,V表示气体的体积。
根据理想气体状态方程,PV = nRT,式中,n表示气体的物质的量,R是气体常数,T是气体的绝对温度。
结合方程(1)和PV = nRT,我们可以得到:nRT = 常数(2)由方程(2)可知,在等温过程中,气体的物质的量n和体积V是成反比的关系。
也就是说,在体积增大的同时,物质的量会减少,反之亦然。
这说明了在等温过程中,气体分子会随着体积的改变而发生数量的变化。
等温过程还有一个重要的特点是气体对外做功。
根据热力学的能量守恒定律,气体所做的功等于外界对气体做的功。
在等温过程中,气体扩大或收缩的功可以通过以下公式计算:W = - nRT * ln(V2/V1) (3)式中,W表示气体所做的功,V1和V2分别表示气体的初始体积和最终体积。
二、理想气体的绝热过程绝热过程是指在气体发生变化的过程中,没有热量的交换。
绝热过程的特点是温度和压强同时变化。
对于理想气体而言,绝热过程可以用以下方程来描述:PV^γ = 常数(4)式中,γ表示气体的绝热指数,对于大多数单原子理想气体而言,γ约等于5/3。
根据理想气体状态方程,PV = nRT,我们可以推导出绝热过程中,温度和压强的关系:T = (Pv^(γ-1))/(nR) (5)式中,Tv表示绝热过程中气体的温度。
由方程(5)可知,在绝热过程中,随着气体体积的减小,气体的温度也会随之降低。
反之,体积的增大会导致温度的升高。
这与等温过程中温度保持不变的特点形成了鲜明的对比。
§6-5 理想气体的等温过程和绝热过程一、等温过程(Isothermal Process )1.特点:理想气体的温度保持不变,T =const 。
2.过程曲线:在PV 图上是一条双曲线,叫等温线。
3.过程方程:P 1V 1= P 2V 24.内能、功和热量的变化系统经过等温过程,从状态()T V P ,,11变成()T V P ,,22内能 012=-=∆E E E功 ⎰=21V V T PdV W由气体状态方程 RT M m PV =得 VRT M m P 1= 12ln 121V V RT M m dV V RT M m W V V T ==⎰——用体积表示。
用压强表示为21ln P P RT M m W T = 热量:由热力学第一定律得 1221ln ln V V RT M m P P RT M m Q T ==5.特征:在等压过程中,系统从外界吸收的热量,全部用来对外作功。
注意:对于等温过程,不能定义摩尔热容;如果要定义,则∞=C 。
二、绝热过程(Adiabatic Process )1.特点:系统与外界没有热量交换的过程,Q =0。
2.内能、功和热量的变化系统经过绝热过程,从状态()11T V P ,,变成()22T V P ,,内能 ()12,12T T C Mm E E E m V -=-=∆ 热量 Q =0由热力学第一定律 0=+∆=W E Q ,得功 ()12,T T C Mm W m V -=- 用状态参量P ,V 表示,根据状态方程R PV T M m =,可知()1 22112211,-=-γV P V P V P V P R C W mV --= 证明:由定义可知,m V m V m V m V mP C R C R C C C ,,,,,1+=+==γ 因而1,-=γm V C R 故 11,-=γR C m V 因而 12211-γV P V P W -= 3.特征:在绝热过程中,系统对外界所作的功是由于系统内能的减少来完成的。