1.2.3、查理定律

一定质量的气体,当体积保持不变时,它的压强与热力学温度成正比

式中常数C由气体的种类、质量和体积决定。

汞柱移动问题的讨论:

一根两端封闭、粗细均匀的石英管,竖直放置。内有一段水银柱,将管隔成上下两部分。下方为空气,上方为一种可分解的双原子分子气体。该双原子分子气体的性质为:当时,其分子开始分解为单原子分子(仍为气体)。用表示时的双原子分子数,表示时分解了的双原子分子数,其分解规律为当T很小时,有如下关系:。已知初始温度为,此时下方的气柱长度为,上方气柱长度为,水银柱产生的压强为下方气压的。试讨论当温度由开始缓慢上升时,水银柱将上升还是下降。

假设水银柱不动。当温度为时,下方气体压强为,温度升至,气体压强。水银柱压强为,故当T=时,上方气体压强为,当温度升至,有个双原子气体分子分解为个单原子气体分子,故气体分子数由增至个。令此时压强为,管横截面积为S,则有:

解得   

T很小,故项起主导作用,而项的影响较之第一项要小得多,故从分析如下:①当时,<0时,水银柱上升,②当时,>0水银柱下降。③当=时,>0水银柱下降。

以上三个实验定律只能反映实验范围内的客观事实,它们都具有一定的近似性和局限性。对于一般的气体,只有当压强不太大,温度不太低时,用三个定律求出的结果与实验数据才符合得很好。如果压强很大或温度很低时,用这三个定律求出的结果与实验结果就会有很大的偏差。

1.1.4、热力学温标

理想气体温标虽与气体个性无关,但它依赖于气体共性即理想气体的性质。利用气体温度计通过实验与外推相结合的方法可以实现理想气体温标。但其测温范围有限(1K-1000℃),T1K,气体早都已液化,理想气体温标也就失去意义。

国际上规定热力学温标为基本温标,它完全不依赖于任何测温物质的性质,能在整个测温范围内采用,具有“绝对”的意义,有时称它为绝对温度。在理想气体温标适用的范围内,热力学温标与理想气体温标是一致的,因而可以不去区分它们,统一用T(K)表示。

国际上还规定摄氏温标由热力学温标导出。其关系式是:

t=T-273.15        (4)

这样,新摄氏温标也与测温物质性质无关,能在整个测温范围内使用。目前已达到的最低温度为510K,但是绝对零度是不可能达到的。

例1、定义温标t与测温参量X之间的关系式为t=ln(kX),k为常数

试求:(1)设X为定容稀薄气体的压强,并假定水的三相点,试确定t与热力学温标之间的关系。(2)在温标t中,冰点和汽点各为多少度;(3)在温标t中,是否存在零度?

解:(1)设在水三相点时,X之值是,则有273.16=In(kX)将K值代入温标t定义式,有

     (2)

热力学温标可采用理想气体温标定义式,X是定容气体温度计测温泡中稀薄气体压强。故有

            (3)

因测温物质是定容稀薄气体,故满足X→0的要求,因而(2)式可写成

          (4)

这是温标与温标T之间关系式。

(2)在热力学温标中,冰点,汽点。在温标中其值分别为

(3)在温标中是否存在零度?令=0,有

低于1K任何气体都早已液化了,这种温标中=0的温度是没有物理意义的。

§1-2 气体实验定律

 0  361160  361168  361174  361178  361184  361186  361190  361196  361198  361204  361210  361214  361216  361220  361226  361228  361234  361238  361240  361244  361246  361250  361252  361254  361255  361256  361258  361259  361260  361262  361264  361268  361270  361274  361276  361280  361286  361288  361294  361298  361300  361304  361310  361316  361318  361324  361328  361330  361336  361340  361346  361354  447090 

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