大学物理-章-气体课件.ppt

1、O返回2022-11-11第一章 气体O返回2022-11-11（Page 59）2、4、11、12、13、1721O返回2022-11-111.1 概述1.3 理想气体1.4 真实气体1.2 气体分子动理论O返回2022-11-11气态(gas)；固态(solid)；液态(liquid)；等离子体(plasma)；第五态物质的状态O返回2022-11-111.3.1 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？O返回2022-11-11 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

2、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O返回2022-11-11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O返回2022-11-110273.15/273.15tVV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/KtT1212VVCTTVT00TVVTO返回2022-11-11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

3、变VnVCn相同的T，p下 1 mol 任何气体所占有的体积相同。O返回2022-11-11pVnRT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）。O返回2022-11-11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.

4、35 J mol-1 R=pVm/T=8.3145 J mol-1 K-1O返回2022-11-11 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。O返回2022-11-111.混合物组成表示法2.Dalton 分压定律3.Amagat 分体积定律O返回2022-11-11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O返回2022-11-111.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O返回2022-11-112.B 的体积分数*

5、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 VO返回2022-11-113.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BmAAmO返回2022-11-11BB(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O返回2022-11-11在相同的温度 T 和总压力 p 的条件下*12BB(1)kVVVVV V，p是系

6、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)VnxVnO返回2022-11-112.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O返回2022-11-111.压缩因子（The compressibility factor）mpVpVZRTnRTZ=1，ideal gasesZ1，难被压缩Z1，易被压缩O返回2022-11-11 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，

7、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 TBO返回2022-11-11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O返回2022-11-11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

8、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O返回2022-11-11pgl1g1l1l2T2g1gCT3T2lCmV1TT1T2TcT3Critical pointO返回2022-11-11pgl1g1l1l2T2g1gCT3T2lCCCm,C,TpVC为临界点Cm0TpVC22m0TpVmV1TO返回2022-11-111.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O返回2022-11-11 荷兰科学家 van der Waals 对理想气体

9、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：m2mapVbRTVO返回2022-11-11van 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：31mmolO返回2022-11-112mmmmm,0mmm22mmm()()()()()0T pTTTRTapVbVpVpVVpVpRTVVRTaVbVbVp O返回2022-11-11m22mmm2mBmmmB0()()1R

10、TVRTaVbVbVVbaRTbVVbVaTRbO返回2022-11-11van der Waals 方程改写为：2mmRTapVbVCC23mm,Cm,C20TRTpaVVVbm,C3VbC2C324mm,Cm,C260TRTpaVVVbC827aTRbC227apbCm,CC83p VRTCCm,C82.6673RTp VO返回2022-11-1122cccc27648R TapR TbpO返回2022-11-11(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O返回2022-11-112(1)pVABpCp,A B

11、CABC式中：2(2)BCpVAVV 称为第一、第二、第三、Virial系数O返回2022-11-111、显压型 p=f(T,V,n)(1)The van der Walls equation of state2mmRTapVbVO返回2022-11-11(2)The Dieterici equation of state2mmexp()RTapVbRTV(3)The Berthelot equation of state2mmRTapVbTVO返回2022-11-112、显容型 V=f(T,p,n)The Callendar equation of state1nRTAVbpR TO返回20

12、22-11-111.,Reduced pressureReduced volumeReduced temperaturecmm,ccppVVTTO返回2022-11-112.Van der Waalss equation of corresponding state23()(31)83.The law of corresponding stateO返回2022-11-11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。O返回2022-11-111.4.7 Compressibility factor chart压缩因

13、子示意图Z0.21.03.0pr10.110Tr=1.01.031.051.42.0150.90.80.7152.01.41.051.031.0O返回2022-11-11Examplec154.3KT c49.7atmp 计算在-88及44.7atm时，1 mol氧气的体积。（查表得 ）O返回2022-11-11Answerrrcc273.288.0185.2K18544.71.200.899154.349.7TTpTpTp查图得 Z=0.8030.800.800.082 185.20.272dm44.7RTVpO返回2022-11-111.4.8 分子间的作用力1、Keessom 力2、Debye 力3、London 力O返回2022-11-11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