高中物理竞赛辅导温度和气体分子运动论

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1、温度和气体分子运动论§lo1温度1・1・1、平衡态、状态参量温度是表示物体冷热程度的物理量。凡是跟温度有关的现象均称为热现象。热现象是自然界中的一种普遍现象。热学是研究热现象规律的科学。热学研究的对象都是由人量分了纟R成的宏观物体，称为热力学系统或简称系统。在不受外界影响的条件卜"，系统的宏观性质不再随时间变化的状态称为平衡态，否则就称为非平衡态。可见系统平衡态的改变依赖于外界影响(作功、传热)。系统处于平衡态，所有宏观物理都具有确定的值，我们就对以选择其中几个物理量来描述平衡态，这几个量称为状态参量。P、V.T就是气体的状态参量。气体的体积y是指盛放气体的容器的容积，国际单位制中

2、，体积的单位是1m3=103L=106cm3气体的压强P是气体作用在容器的单位而积器壁上的平均压力，单位是P“O1atm=76cmHg=1.013x105p«lmmHg=133.3p«1.1.2、温标温度的数值表示法称为温标。建立温标的三要素是：1、选择某种物质的一个随温度改变发牛单调显苦变化的属性来标志温度，制作温度计。例如液体温度计T(V).电阻温度计咖、气体温度计T(P)、7R丿等等。这种选用某种测温物质的某一测温属性建立的温标称为经验温标。2、规定固定点，即选定某一易于复现的特定平衡态指定其温度值。1954年以前，规定冰点为0°C,汽点为100°C,Jt间等分100份，从而

3、构成IH摄氏温标。1954年以后，国际上选定水的三相点为基本固定点，温度值规定为273.16KO这样0°C与冰点，100C与汽点不再严格相等，百分温标的概念已被废弃。3、规定测温属性随温度变化的函数关系。如果某种温标(例如气体温度计)选定为线性关系，由于不同物质的同一属性或者同一物质的不同属性随温度变化的函数关系不会相同，因而其它的温标就会出现非线性的函数关系。1.1.3、理想气体温标定容气体温度计是利用其测温泡内气体压强的大小來标志温度的高低的。T(P)"P&是比例系数，对水的三相点有T3=QP3=273.16KP3是273.16K时定容测温泡内气体的压强。于是P_T(P)二27

4、3.16出(1)同样，对于定压气体温度计有工T(V)=273.16KV3(2)岭是273.16K时定压测温泡内气体的体积。用不同温度计测量同一物体的温度，除固定点外，其值并不和等。对于气体温度计也有r(p)^r(v)o但是当测温泡内气体的压强趋于零时，所有气体温度计，无论用什么气体，无论是定容式的还是定压式的，所测温度值的差别消失而趋于一个共同的极限值，这个极限值就是理想气体温标的值，单位为K,定义式为limlimT=“T(V)=ZT(P)VPlim—lim—=273.16Kl()=273.16K宀()匕(3)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

5、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〜1OOO°C),TV1K,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7丫Q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：—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。冃前已达到的最低温度为5X1O'8K,但是绝对零度是

6、不可能达到的。例1、定义温标t*与测温参量XZ间的关系式为t*=ln(kX),^为常数试求：(1)设X为定容稀薄气体的压强，并假定水的三相点丁；=273.16，试确定/与热力学温标之间的关系。(2)在温标1/中，冰点和汽点各为多少度；(3)在温标是否存在零度？解：⑴设在水三相点时，X之值是X3,则有273.16"二In(kX3)将K值代入温标1/定义式，有e=Ine27316—=273.16°+//I—Lxj禺⑵热力学温标可釆用理想气体温标定义式，X是定容气体温度计测温泡川稀薄气体压强。故VT=273.16Klim——X3(3)因测温物质是定容稀薄气体，故满足X-0的要求，因而(2

7、)式可写成limf=273.16°+ln(lim—)Tf=273」6+巾273.16这是温标广与温标T之间关系式。(2)在热力学温标中，冰点7>273.15K,汽点T$=373・15K。在温标广中其值分别为2731S广=273.16°+巾'…=273.16°273.1637^1Sf=273.16°+In=273.47“273.15⑶在温标广中是否存在零度？令广=0,有"273.16。严«K低于/K任何气体都早已液化了，这种温标中广=0的温度是没有物理意义的。§1~2