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1、中考物理輔導(dǎo)理想氣體的內(nèi)能及其變化氣體的內(nèi)能是描繪氣體狀態(tài)性質(zhì)的物理量,是由氣體內(nèi)部狀態(tài)所決定的能量,對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,只要溫度和體積確定了,它的狀態(tài)也就確定了,在此狀態(tài)下的內(nèi)能也就被唯一地確定了,即內(nèi)能是狀態(tài)的單值函數(shù),做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式,當(dāng)氣體由某一狀態(tài)出發(fā),經(jīng)過(guò)任意過(guò)程變化到另一狀態(tài)時(shí),氣體內(nèi)能的增量U等于在這一過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功W和氣體所吸收的熱量Q之和,即U=WQ,這就是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表述,對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能,焦耳在1845年做了著名的氣體自由膨脹的實(shí)驗(yàn),得到了理想氣體內(nèi)能的性質(zhì)。一、理想氣體的內(nèi)能焦耳的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,容器A部充以壓強(qiáng)較低的
2、氣體可以看成理想氣體,容器B部為真空,A、B用活門(mén)C隔開(kāi),整個(gè)裝置浸入一個(gè)有絕熱殼的水量熱器中,當(dāng)整個(gè)裝置與水到達(dá)熱平衡以后,翻開(kāi)活門(mén)C氣體將膨脹充滿(mǎn)整個(gè)容器,測(cè)量膨脹前后氣體和水的平衡溫度,發(fā)現(xiàn)沒(méi)有改變,這個(gè)結(jié)果說(shuō)明氣體在膨脹前后的溫度沒(méi)有變化,同時(shí)也說(shuō)明氣體在膨脹過(guò)程中與水沒(méi)有熱量的交換,即Q=0,由于氣體向真空中膨脹不受任何阻礙,所以外界對(duì)氣體不做功W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,U=0,即氣體在這一過(guò)程中內(nèi)能沒(méi)有發(fā)生變化,可見(jiàn)這是一個(gè)氣體體積改變而內(nèi)能保持不變的過(guò)程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果又說(shuō)明此過(guò)程中氣體的溫度并沒(méi)改變,這就說(shuō)明氣體的內(nèi)能只跟溫度有關(guān)而跟體積無(wú)關(guān),因此得到結(jié)論:理想氣體的內(nèi)能只與溫度有
3、關(guān),與體積無(wú)關(guān),這一結(jié)論稱(chēng)為焦耳定律。從氣體分子動(dòng)理論的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,氣體的內(nèi)能是氣體中所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間互相作用的勢(shì)能的總和,而分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能與氣體的溫度有關(guān),分子間互相作用的勢(shì)能與氣體的體積有關(guān),所以氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù),而理想氣體,是指分子間沒(méi)有互相作用和分子可以看作沒(méi)有大小的質(zhì)點(diǎn)的氣體,因此理想氣體內(nèi)能中就不存在分子間互相作用的勢(shì)能,所以,理想氣體的內(nèi)能只是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能的總和,而分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能只與溫度有關(guān),故理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),與體積無(wú)關(guān)。二、理想氣體內(nèi)能的變化下面我們來(lái)分析理想氣體在一些簡(jiǎn)單過(guò)程中內(nèi)能的變化。1、等容過(guò)程一定質(zhì)量的理想氣體在體積不變的情況下,由初態(tài)Ap1,V,T1變到末態(tài)Bp2,V,T2,其過(guò)程如圖2、圖3所示,因?yàn)闅怏w體積不變,所以W=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,有U=Q,可見(jiàn)理想氣體在等容過(guò)程中,內(nèi)能的變化完全是由外界對(duì)氣體傳遞的熱量決定的:假設(shè)理想氣體等容吸熱圖2,Q0,那么T2T1,p2p1,U0,即理想氣體在等容吸熱過(guò)程中,溫度升高,壓強(qiáng)增大,理想氣體從外界吸收熱量,吸收的熱量全部用來(lái)增加自身的內(nèi)能;假設(shè)理想氣體等容放熱圖3,Q0,那么T2T1,p2p1,U0,即理想氣體在等容放熱過(guò)程中,溫度降低,壓強(qiáng)減小,理想氣體等
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