气体图像物理意义和相互转换 高中物理理想气体的规律主要有,三个实验定律:波尔定律,盖.吕萨克定律和查理定律,一个理想气体的状态方程。 用函数图像表示气体的状态变化过程,是气体规律的一个重要表现形式。 对气体规律的理解和图像物理意义的掌握,是分析气体图像问题的关键。 气体的图像有三种:P—V图,P—T图,V—T图,如图1、2、3所示 对图像物理意义和转换要进行全面的理解: 1、能够识别各图中的等值过程。 并且能 在P—V图中判定P的大小。 在P—T图中判断V的大小, 在V—T图中判定P的大小。 在P—V图中(图1), 由一定质量的理想气体状态方程,PV/T=C,(C为常熟) 得:P=(CT /V), 可见若T一定 则P与V成反比, ∴ 在P—V图中等温线是双曲线的一支, 并且T大则曲线位置高, 如图1中的气体的温度 T1>T2 图1 P—V图 在P—T图中(图2):由一定质量的理想气体状态方程,PV/T=C,(C为常熟) 得:P=(C /V)·T 可见若V一定 则P与V成正比。 且是一条过原点的直线, 若V大则C/V小,即斜率小, 如图2中气体的温度T2>T1 图2 P—T图 在V—T图中(图3), 由一定质量的理想气体状态方程,PV/T=C,(C为常熟) V=(C/P)T 可见若P一定, 则V与T成正比,且是一条过原点的直线, 若P大则C/P小,即斜率小, 如图3中气体的压强P2>P1。 图3 V—T图 2、能在已知的某一个图中表示的气态变化过程,转画到其他图像中的气态变化过程。 例:使一定质量的理想气体的状态按图4中箭头所示的顺序缓慢变化,已知气体在A状态的体积为10升。 (1) 将已知图改画成P—V图像,并标出A、B、C、D各态的对应位置和过程进行的方向。 (2) 将已知图改画成V—T图,并标明A、B、C、D各态的对应位置和过程进行的方向。 图4 解:已知图有四个状态A、B、C、D四个过程 A→B等压(20大气压),B→C等温(600K), C→D等压(10大气压),D→A等温(300K)。 改画图的方法是:在循环过程中,先选出一个状态,如A态再用其它态与A态比较,画出其它状态。 (1)将已知图改画成P—V图像 根据每个状态的P、V、T,并且注意各状 态的P的大小关系,V的大小关系(因这是P—V图), 已知VA=10升 PA=20大气压 有理想气体的状态方程可以求, VB=20升 VC=40升 VD=20升 又因为,各态之间的关系即是等温、等压,还是等容过程。 就可以将A、B、C、D四状态连成一个循环,如图5 图5 (2)将已知图改画成V—T图 方法与(1)类似, 在A→B、C→D的过程是等压过程,其连线是过原点的直线。 就可以将A、B、C、D四状态连成一个循环,如图6 图6 3、用图像判断气体变化的过程。包括:各状态的P、V、T的大小关系,物理过程的性质及内能的变化,做功的情况,吸热还是放热等。 公式△E=W+Q。(热力学第一定律也叫能量守恒定律)各物理量的意义:△E表示内能的变化,内能增加为正值,内能减小为负值,理想气体的内能只有动能,没有势能,即内能只与温度有关。 W表示功,外界对气体做功为正值,气体对外界做功为负值,有没有功值要看气体的体积是否变化,体积变大气体对外界做功;体积变小,外界对气体做功。 Q表示吸热和放热,若系统处于绝热过程,则Q=0,其它过程要具体情况具体分析。 如图6中A→B的过程是等压过程: 压强P不变,温度升高,体积增大, A→B体积增大,说明气体对外做功, 气体对外界做功为W负值 温度升高内能增加为△E正值 ∴气体一定吸收热量,Q为正值 |
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