熱力學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：熱學討論的主要對象是理想模型—理想氣體。大學物理力學部分也涉及一個宏觀層次的機械運動規(guī)律，而大學物理熱學部分則從宏觀規(guī)律和微觀理論兩個層次上比中學物理的氣體東理論更深入、更加系統(tǒng)地研究了熱運動的規(guī)律。大學物理的熱學在此基礎(chǔ)上上升為解釋宏觀狀態(tài)量的動態(tài)變化之間的關(guān)系。大學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)計結(jié)果揭示宏觀量的本質(zhì)思想。在對熱

2、力學系統(tǒng)狀態(tài)的描述方式上，熱學首先是從平衡態(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)長時間內(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)就不能達到并保持平衡態(tài)。由于實際中并不存在完全不受外界影響，并且宏觀性質(zhì)絕對保持不變的系統(tǒng)，所以平衡態(tài)只是一個理想化的概念，它是在一定條件下對實際情況的抽象和概括。描述平衡態(tài)的基本物理量是溫度、壓強和

3、體積；在認識論上，熱學按照現(xiàn)有狀態(tài)的確定，再有狀態(tài)的變化的認識上的邏輯次序展開熱學一開始就建立了一種特殊的理想狀態(tài)—熱力學平衡態(tài)的定義。這是一種對狀態(tài)的靜態(tài)描述，但這種平衡態(tài)“靜中有動”，是一種以“熱動平衡”為特點的熱力學平衡態(tài)。一個孤立的熱力學系統(tǒng)不管它原來處于什么狀態(tài)，經(jīng)過一定時間以后，總會趨向于一個不隨時間改變的宏觀態(tài)，這個宏觀態(tài)就被稱為熱力學平衡態(tài)。顯然，當熱力學系統(tǒng)處于熱力學的平衡態(tài)時，組成系統(tǒng)的原子和分子并沒有處于力學的平衡

4、態(tài)。依然在做無規(guī)則的熱運動。因此熱力學的平衡態(tài)時一種“熱動平衡”態(tài)，是“靜中有動”的平衡態(tài)。從宏觀上看，熱力學平衡態(tài)勢一種宏觀上“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。從微觀上看，系統(tǒng)內(nèi)部的大量粒子還在不停的運動著，并不處于平衡態(tài)。一般地說，由于分子原子的不停運動，微觀運動的即時總效果也會隨時間急速的變化而所謂“不隨時間變化”的宏觀狀態(tài)實際上指的是這些運動中產(chǎn)生的統(tǒng)計平均效果不隨時間變化。從

5、對熱力學平衡態(tài)的定義開始到建立對熱運動狀態(tài)的描述方式，熱學在宏觀態(tài)的“靜止”與微觀狀態(tài)的“運動”之間開始建立起一種統(tǒng)計意義上的聯(lián)系。一對熱力學的統(tǒng)計性描述的思想取代了對熱力學兩的確定性描述，以為微觀量的統(tǒng)計平均值與熱學宏觀量相呼應。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科學的定義。因為沒有溫度的定義，就無法得出宏觀的狀態(tài)方程，也就無法表達熱力學的基本定律。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、溫度三個宏觀狀態(tài)參量來描述，在溫度不太低、壓強不太大的范圍內(nèi)，遵守玻意耳—馬略特定律，蓋呂薩克定律，查理定律。滿足上述氣體實驗三定律的氣體稱為理想氣體。理想氣體是一個理想模型。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計算氣體所含物質(zhì)的量計算氣體所含物質(zhì)的量從數(shù)學上說，當一個方程中只含有1個未知量時，就可以計算出這個未知量。因此，在壓強、體積、溫度和所含物質(zhì)的量這4個量中，只要知道其中

7、的3個量即可算出第四個量。這個方程根據(jù)需要計算的目標不同，可以轉(zhuǎn)換為下面4個等效的公式：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化學平衡問題化學平衡問題根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可以用于計算氣體反應的化學平衡問題。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，氣體壓強之比與所含物質(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，氣體體積比與氣體所含物質(zhì)量的比相同，即V平V始=