熱力學(xué)中為什么要引入理想氣體模型？ ==引入理想氣體狀態(tài)方程意義何在

1、考察課作業(yè)【1】熱力學(xué)中為什么要引入理想氣體模型？引入理想氣體狀態(tài)方程意義何在？答：熱學(xué)討論的主要對(duì)象是理想模型—理想氣體。大學(xué)物理力學(xué)部分也涉及一個(gè)宏觀層次的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而大學(xué)物理熱學(xué)部分則從宏觀規(guī)律和微觀理論兩個(gè)層次上比中學(xué)物理的氣體東理論更深入、更加系統(tǒng)地研究了熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。大學(xué)物理的熱學(xué)在此基礎(chǔ)上上升為解釋宏觀狀態(tài)量的動(dòng)態(tài)變化之間的關(guān)系。大學(xué)物理的核心思想是從宏觀現(xiàn)象尋找微觀解釋，用微觀量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果揭示宏觀量的本質(zhì)思想。在對(duì)熱

2、力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的描述方式上，熱學(xué)首先是從平衡態(tài)開始的。平衡態(tài)，即在沒有外界（指與系統(tǒng)有關(guān)的周圍環(huán)境）影響的條件下，系統(tǒng)各部分的宏觀性質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。這里所說的沒有外界影響，是指系統(tǒng)與外界之間不通過做功或傳熱的方式交換能量，否則系統(tǒng)就不能達(dá)到并保持平衡態(tài)。由于實(shí)際中并不存在完全不受外界影響，并且宏觀性質(zhì)絕對(duì)保持不變的系統(tǒng)，所以平衡態(tài)只是一個(gè)理想化的概念，它是在一定條件下對(duì)實(shí)際情況的抽象和概括。描述平衡態(tài)的基本物理量是溫度、壓強(qiáng)和

3、體積；在認(rèn)識(shí)論上，熱學(xué)按照現(xiàn)有狀態(tài)的確定，再有狀態(tài)的變化的認(rèn)識(shí)上的邏輯次序展開熱學(xué)一開始就建立了一種特殊的理想狀態(tài)—熱力學(xué)平衡態(tài)的定義。這是一種對(duì)狀態(tài)的靜態(tài)描述，但這種平衡態(tài)“靜中有動(dòng)”，是一種以“熱動(dòng)平衡”為特點(diǎn)的熱力學(xué)平衡態(tài)。一個(gè)孤立的熱力學(xué)系統(tǒng)不管它原來處于什么狀態(tài)，經(jīng)過一定時(shí)間以后，總會(huì)趨向于一個(gè)不隨時(shí)間改變的宏觀態(tài)，這個(gè)宏觀態(tài)就被稱為熱力學(xué)平衡態(tài)。顯然，當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱力學(xué)的平衡態(tài)時(shí)，組成系統(tǒng)的原子和分子并沒有處于力學(xué)的平衡

4、態(tài)。依然在做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。因此熱力學(xué)的平衡態(tài)時(shí)一種“熱動(dòng)平衡”態(tài)，是“靜中有動(dòng)”的平衡態(tài)。從宏觀上看，熱力學(xué)平衡態(tài)勢(shì)一種宏觀上“靜止”的狀態(tài)，表現(xiàn)為系統(tǒng)不與外界交換能量和物質(zhì)，系統(tǒng)內(nèi)部也沒有發(fā)生能量和物質(zhì)的流動(dòng)。從微觀上看，系統(tǒng)內(nèi)部的大量粒子還在不停的運(yùn)動(dòng)著，并不處于平衡態(tài)。一般地說，由于分子原子的不停運(yùn)動(dòng)，微觀運(yùn)動(dòng)的即時(shí)總效果也會(huì)隨時(shí)間急速的變化而所謂“不隨時(shí)間變化”的宏觀狀態(tài)實(shí)際上指的是這些運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)平均效果不隨時(shí)間變化。從

5、對(duì)熱力學(xué)平衡態(tài)的定義開始到建立對(duì)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述方式，熱學(xué)在宏觀態(tài)的“靜止”與微觀狀態(tài)的“運(yùn)動(dòng)”之間開始建立起一種統(tǒng)計(jì)意義上的聯(lián)系。一對(duì)熱力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性描述的思想取代了對(duì)熱力學(xué)兩的確定性描述，以為微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值與熱學(xué)宏觀量相呼應(yīng)。盡管溫度如今在人們的日常生活中已經(jīng)被廣泛適用，似乎沒有討論的必要。但溫度至今還沒有一個(gè)科學(xué)的定義。因?yàn)闆]有溫度的定義，就無法得出宏觀的狀態(tài)方程，也就無法表達(dá)熱力學(xué)的基本定律。除了溫度以外內(nèi)能和熵都是用類似方法

6、定義的。處于平衡態(tài)的氣體可用體積、壓強(qiáng)、溫度三個(gè)宏觀狀態(tài)參量來描述，在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的范圍內(nèi)，遵守玻意耳—馬略特定律，蓋呂薩克定律，查理定律。滿足上述氣體實(shí)驗(yàn)三定律的氣體稱為理想氣體。理想氣體是一個(gè)理想模型。引入理想氣體狀態(tài)方程后可以引入理想氣體狀態(tài)方程后可以1計(jì)算氣體所含物質(zhì)的量計(jì)算氣體所含物質(zhì)的量從數(shù)學(xué)上說，當(dāng)一個(gè)方程中只含有1個(gè)未知量時(shí)，就可以計(jì)算出這個(gè)未知量。因此，在壓強(qiáng)、體積、溫度和所含物質(zhì)的量這4個(gè)量中，只要知道其中

7、的3個(gè)量即可算出第四個(gè)量。這個(gè)方程根據(jù)需要計(jì)算的目標(biāo)不同，可以轉(zhuǎn)換為下面4個(gè)等效的公式：求壓力：p=nRTv求體積：v=nRTp求所含物質(zhì)的量：n=pvRT求溫度：T=pvnR2化學(xué)平衡問題化學(xué)平衡問題根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可以用于計(jì)算氣體反應(yīng)的化學(xué)平衡問題。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可以得到如下推論：溫度、體積恒定時(shí)，氣體壓強(qiáng)之比與所含物質(zhì)的量的比相同，即可得Ρ平P始=n平n始溫度、壓力恒定時(shí)，氣體體積比與氣體所含物質(zhì)量的比相同，即V平V始=