理想气体定律
理想气体动力学理论(理想气体假设)
要描述理想气体,需要做一系列假设。
1)气体是由大量的微粒组成的,这些微粒之间的距离相对于它们的大小相差很远。这意味着气体分子的体积与放置它们的容器的体积相比可以忽略不计。
2)气体粒子之间、粒子与容器壁之间的碰撞为弹性碰撞(不存在总动能的净损失)。
3)气体粒子处于连续、快速、随机的运动状态。因此它们拥有动能,也就是运动的能量。
4)气体粒子之间没有相互作用的力。因此,它们可以相互独立地移动。它们只通过弹性碰撞.
5)气体粒子的平均动能只取决于气体的温度。
吕萨克定律或阿蒙顿定律
分子运动理论的最后一个假设是,气体粒子的平均动能只取决于气体的温度。因此,当气体变暖时,气体粒子的平均动能增加。因为这些粒子的质量是恒定的,只有当粒子的平均速度增加时,它们的动能才会增加。这些粒子撞击壁面时移动的速度越快,它们对壁面施加的力就越大。由于每次碰撞的力随着温度的升高而增大,气体的压力也必然增加。
这里P是压强T是温度,单位是开尔文。在这种情况下,气体的体积和摩尔数是恒定的。如果温度用开尔文表示,那么压强和温度之间的曲线将是一条经过原点的直线。
如果温度用摄氏度表示,那么压强和温度之间的曲线将是一条直线,但不会经过原点。根据推断,曲线图将达到-273.15度。
波义耳氏定律
气体可以被压缩,因为气体的大部分体积是空的。如果我们在不改变温度的情况下压缩气体,气体粒子的平均动能保持不变。粒子移动的速度没有变化,但容器变小了。因此,粒子在较短的时间内从容器的一端移动到另一端。这意味着他们更经常碰壁。与壁面碰撞频率的增加必然导致气体压力的增加。因此,当气体体积变小时,气体的压力就变大。
如果温度和气体的量是固定的,那么压力与气体所占的体积成反比。
这里P是压强V是体积。
如果温度和气体的摩尔数是固定的,那么压强P和体积V之间的曲线就是一个矩形双曲线。气体体积越大,压力越小,反之亦然。这样的过程也称为等温过程
查理定律
气体中粒子的平均动能与气体的温度成正比。因为这些粒子的质量是恒定的,所以当气体变暖时,这些粒子必须移动得更快。如果它们移动得更快,粒子每次撞击容器壁时对容器施加的力就会更大,这就会导致气体压力的增加。如果容器的壁是柔性的,它就会膨胀,直到气体的压力再次与大气的压力平衡。因此,随着气体温度的升高,气体的体积变大。
如果理想气体的压力保持恒定,那么容器的体积与气体的温度(开尔文)成正比。
这里,V是容器的体积,T是气体的温度,单位是开尔文。
V和T之间的图形(开尔文)描述了查尔斯定律,它将是一条经过原点的直线。虽然,我们永远不能把体积减少到零,因此图形不应该显示经过原点。
如果温度是以度为单位,那么曲线就不会经过原点而是到达温度 C
阿伏伽德罗假说
随着气体粒子数量的增加,与容器壁碰撞的频率必然增加。这反过来又导致了气体压力的增加。灵活的容器,如气球,会膨胀,直到气球内部的气体压力再次平衡外部的气体压力。因此,气体的体积与气体粒子的数量成正比。
如果理想气体的压力和温度保持恒定,那么容器的体积就与容器内气体的量(气体的摩尔数)成正比。
道尔顿分压定律
想象一下会发生什么,不同压力但相同温度的气体被加入到容器中。总压强会增加,因为容器壁会发生更多的碰撞。容器中有如此多的空间,以致于混合物中每种气体分子撞击容器壁的次数都和只有一种气体时一样多。当更多的气体分子撞击容器壁时,总压强会增加,但由于单个气体分子产生的压强保持不变。因此,在这种混合物中与壁面碰撞的总次数等于每一种气体单独存在时所发生的碰撞的总和。换句话说,
一种气体混合物的总压等于各气体分压之和。
理想气体方程
它最初是由Émile Clapeyron在1834年提出的,是波义耳定律、查尔斯定律和阿伏伽德罗定律的结合。理想气体定律通常写成:
在那里, 是气体常数。的一些价值 如下所示。
在27°C时,气体的体积是V,压强是p。加热时,它的压强是原来的两倍,体积是原来的三倍。求出气体的最终温度。
从理想气体方程, 因此,对于一个封闭的容器,摩尔数保持不变
气球里有 在27°C和1个大气压的条件下在- 3℃温度和0.5大气压下,氦气的体积将是
从理想气体方程,
由于气体被困在气球内,因此气体的摩尔数保持不变。让 , 而且 初始压强,体积和温度,和 , 而且 最后的压力,体积和温度
然后,