2020年高中物理竞赛-热学A（联赛版）04热力学第一定律：对理想气体的应用(共21张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 第三节 热力学第一定律对理想气体的应用 （一）理想气体的热容公式 对于一摩尔理想气体： 压缩比： 单原子气体： 刚性双原子气体： 实验检验 理论上，理想气体的内能和焓都仅是温度的函数，与体积无关，实际呢？——〉（绝热自由膨胀实验）焦尔试验。 实验原理 因为 Q’ = Q = 0, W’ = W = 0, 则 U = Q + W = 0. 由于 V  0, 则 是否等于0 取决于 T 是否等于0。 实验结果 Problematic; Can’t measure it precisely. Same thing happens later in Eddington measurement to verify Einstein’s general relativity theory. P.S. Eddington has moral problem. Ex: Chan Dvasekher. 更精确的实验：等温膨胀实验 Rossini and Frandsen (1932) 气体等温膨胀 原理 Q由消耗的电能确定 测出U与 p 的关系，即得 U 与 V 的关系 实验结果 在初始压强不同的情况下，多次测量结果，得 U 与 p 成线性关系。 实验表明，对于标准状况下的空气, 从而有 于是 即, 近似地, 空气的内能仅与其温度有关,而与其体积无关. （二）热学过程 等体过程 等压过程 第一定律： 等压过程中系统焓的改变由系统和外界交换热量决定。 P V 1 2 P V 1 2 等温过程 绝热过程 第一定律： 绝热过程方程： pV图上连接初末态点的曲线较等温线陡 P V 2 1 对外做功： 因为 讨论 以上所有过程都是在准静态假设下的推理。对于一个非准静态过程，上面的公式不能直接应用。但状态函数与过程无关，可以用来计算非准静态过程。 例：讨论理想气体自由膨胀的过程： 因自由膨胀过程中既不传热又不作功，所以自由膨胀过程既是等温的又是绝热的。但是，由于其进行得太快，不是准静态过程。 自由膨胀过程 （等温） 由内能和焓的性质知 等温过程 由相同的初态经等温过程达到的末态与经自由膨胀过程达到的末态相同。 绝热过程 相同的初态经绝热过程达到的末态与经自由膨胀