理想气体的压强与温度

理想气体的压强及温度的微观解释

在普通物理热学的教学中，对理想气体的压强、温度的学习和讨论时，学生对压强、温度的微观实质理解困难，特别是对宏观规律的微观解释与分析问题。文章从理想气体分子模型的建立和统计假设的提出，对压强、温度的实质进行讨论，从而使学生得到正确理解，并学会用微观理论解释和研究宏观现象和规律的分析方法。

标签： 理想气体；微观模型；压强；温度；微观本质

在物理的学习和研究中，经常会讨论和分析一些物理现象和规律，很多物理现象和规律，是可以通过实验观察和验证的宏观规律，而表征分子、原子运动性质的微观量，很难用观察或实验直接测定。宏观量与微观量之间必然存在着联系，要更深入地认识和研究宏观规律，必须对宏观规律的微观本质进行分析。通过对理想气体的几个宏观规律与微观实质的关系对比和分析，帮助我们认识和理解气体动理论的有关规律，并掌握这一研究方法。

1 理想气体模型及状态方程

1.1 理想气体模型。

所谓理想气体是指重力不计，密度很小，在任何温度、任何压强下都严格遵守气体实验定律的稀薄气体。理想气体是一种理想化的物理模型，是对实际气体的科学抽象。理想气体的微观特征是：分子间距大于分子直径10倍以上，分子间无相互作用的引力和斥力，分子势能为零，其内能仅由温度和气体的量决定，内能等于分子的总动能。温度提高，理想气体的内能增大；温度降低，理想气体的内能减小。实际气体抽象为理想气体的条件：不易被液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气、空气等，在压强不太大、温度不太低的情况下，所发生的状态变化，可近似地按理想气体处理。分子本身的线度与分子之间的距离相比可忽略不计，视分子为没有体积的质点；除碰撞瞬间外，分子之间及分子与容器壁之间没有相互作用力，不计分子所受的重力；分子之间及分子与器壁之间作完全弹性碰撞，没有能量损失，气体分子的动能不因碰撞而损失。

容器各部分分子数密度等于分子在容器中的平均密度n=NV，式中，n是气体分子数密度，N是气体的总分子数，V是气体容器的容积；沿空间各个方向运动的分子数目是相等的；气体分子的运动在各个方向机会均等，不应在某个方向更占优势，即全体分子速度分量vx、vy和vz的平均值vx=vy=vz=0。而且这些速度分量的平方的平均值v2x=v2y=v2z=13v2。

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1 / 20 统计规律、理想气体的压强和温度

1、选择题

题号：20911001

分值：3分

难度系数等级：1

理想气体中仅由温度决定其大小的物理量是

（A）气体的压强 （B）气体的内能

（C）气体分子的平均平动动能 （D）气体分子的平均速率

[ ]

答案：（ C ）

题号：20911002

分值：3分

难度系数等级：1

温度、压强相同的氦气和氧气，它们的分子平均动能和平均平动动能k的关系为

（A）和k都相等 （B）相等，而k不相等

（C）k相等，而 不相等 （D）和k都不相等

[ ]

答案：（ C ）

题号：20911003

分值：3分

难度系数等级：1

一瓶氢气和一瓶氧气温度相同，若氢气分子的平均平动动能为211021.6J，则氧气的温度为

（A）100 K （B）200 K （C）273 K （D）300 K文档来自于网络搜索

[ ]

答案：（ D ）

题号：20911004

分值：3分

难度系数等级：1

理想气体处于平衡状态，设温度为T，气体分子的自由度为i，则每个气体分子所具有的

（A）动能为kTi2 （B）动能为RTi2 个人收集整理 仅供参考学习

理想气体内能与温度的关系

一、引言

理想气体是一个重要的热力学模型，它可以用来描述很多物理现象，比如气体的压力、体积和温度等。在热力学中，内能是一个重要的概念，它可以用来描述系统的能量状态。理想气体内能与温度的关系是一个重要的问题，在本文中将对此进行详细探讨。

二、理想气体模型

理想气体模型假设气体分子之间没有相互作用，分子大小可以忽略不计，并且分子之间碰撞是完全弹性碰撞。这些假设使得我们可以方便地研究气体的物理性质。

三、内能

内能是指系统中所有微观粒子（比如分子）运动所具有的总能量。对于理想气体而言，内能只与温度有关。

四、理想气体内能与温度的关系

根据热力学第一定律，系统内能变化等于吸收或放出的热量加上对外做功。对于一个绝热容器中的理想气体而言，由于没有传热过程发生，因此其内部能量不会发生改变。因此，我们可以得到以下式子：

ΔU = Q - W = 0

其中，ΔU表示内能的变化，Q表示吸收或放出的热量，W表示对外做功。由于绝热容器中没有传热过程发生，因此Q=0。又因为理想气体没有粘滞力和摩擦力等损失，所以W=0。因此，我们可以得到以下式子：

ΔU = 0

这意味着在绝热容器中的理想气体内能保持不变。

根据统计物理学中的理论，理想气体内能与温度有如下关系：

U = (3/2) nRT

其中，n表示气体分子数目，R是普适气体常数。这个公式表明，在一定温度下，理想气体分子运动所具有的平均能量是一定的。同时也说明了，在相同温度下，分子数越多，则其内能越大。

五、结论

在绝热容器中的理想气体内能保持不变。对于理想气体而言，在一定温度下其内能与分子数目成正比例关系，并且与温度成正比例关系。

六、应用

理解理想气体内能与温度的关系对于很多物理学领域都有着重要的意义。比如，在研究气体热力学性质时，需要考虑内能的变化情况。在工程领域中，了解气体内能与温度的关系可以帮助我们更好地设计和优化各种设备，比如发动机和制冷设备等。

２０１７年１１月　

第１６卷第６期（总第９０期）　安阳工学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｎｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＮＯＶ．２０１　７　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．６（Ｇｅｎ．Ｎｏ．９０）　

ＤＯＩ：ＩＯ．１９３２９／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７３－２９２８．２０１７．０６．０２８　

理想气体的压强及温度的微观解释　

邓卫鹏　

（阳泉师范高等专科学校基础部，山西阳泉０４５０００）　

摘要：基于气体分子动理论和理想气体的微观模型给出理想气体的压强和温度的计算公式。由这两个公式从微观　层面解释理想气体的压强和温度的本质，进而可以帮助解释和分析一些宏观物理现象。从微观角度而言，压强是大量气体　分子持续不断地撞击容器器壁而形成的单位面积上的压力；温度则是大量气体分子热运动剧烈程度的宏观量度，也可用来　描述气体分子的平均平动能。　

关键词：理想气体；微观模型；压强；温度；微观本质　

中图分类号：Ｏ４１４　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—２９２８（２０１７｝０４—０１０３—０４　

０引言　在物理学习和研究中，最常见的就是探索一　

些物理现象的内在规律和原理，而很多物理现象　

是可以通过实验来进行验证并得出最终结论的。　

笔者的研究对象为分子或原子层面的一些现象，　

是很难通过直观的实验和观察来得出结论的。宏　

观现象和微观本质存在着必然的联系，随着理论　

的不断发展，很多宏观现象的解释也会深入到微　观本质。笔者主要探讨和分析理想气体，并通过　

联系它的宏观表现和微观本质进行比较，以求更　

好地理解理想气体的压强及温度在微观层面的典　

型特点。　１气体与理想气体　

１．１气体　气体的特征是无一定的体积，也无一定的形　

状。从微观角度来讲，气体分子的运动更剧烈更　

自由，气体分子间的距离也更大，故往往忽略气体　

分子问的作用力。气体分子可以各自无规则地自　

由运动，从而导致了气体在宏观上具有流动性，没　

有固定的形状和体积，容易被压缩，能自动扩展并