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1、大學物理(課程論文)成績批閱老師作業(yè)題目理想氣體的準靜態(tài)過程二級學院機械工程學院專 業(yè)能源與動力工程班 級1 5能源與動力學 號學生姓名聯(lián)系方式理想氣體的準靜態(tài)過程當進行物理分析的過程時,我們不可豁免地讓選定的物理條件當作是理想狀 態(tài),因為只有這樣,我們才能夠輕松得到想要的數(shù)據(jù)。眾所周知,即使有能源守 恒定律,物體仍然不會在一種物理狀態(tài)到另一種狀態(tài)轉變過程以百分百的方式去 進行,如果我們將這種百分百的平衡定義作準靜態(tài),人們對準靜態(tài)的分析也就逐 漸產生了。人們需要讓一種東西盡可能高的往他們指定的方向去轉變,以達到資 源充分利用的最大化。從另一方面來看,地球大多數(shù)物體都以氣體-液體-固體三 種狀態(tài)
2、轉變與存在著,他們有著各自的平衡,當人類以一種造物者的身份插手他 們的轉變,這種平衡自然而然的被破環(huán),并且是以一種不可抑制的方式進行的。 因此,對這三種狀態(tài)的平衡的研究的重要性不斷提高。并且以氣體這極不穩(wěn)定的 狀態(tài)著手。為了更加方便的研究,理想氣體作為時代的產物也順位而生。理想氣 體的準靜態(tài)過程研究不可或缺。關鍵詞:理想氣體 準靜態(tài)過程 研究1、理想氣體的概念實際上,物質是由分子構成,這些分子不斷地以不規(guī)則的運動方式移動、轉 動和振動。狀態(tài)越不穩(wěn)定,分子間蘊含能量越大,自然,分子運動也就越加不規(guī) 則。于是,為了便于分析,物理學家們把嚴格遵從氣態(tài)方程(pv=(m/M)RT二RT) 的氣體稱作為理
3、想氣體。在他們的眼中,理想氣體忽略流量氣體分子的自身體積, 將分子看成是有質量的幾何點;并假設分子間沒有相互吸引和排斥,即不計分子 勢能,分子間及 分子與器壁之間發(fā)生的碰撞是完全彈性的,不造成動能損失。2、淺談準靜態(tài)過程(1) 過程:一個熱力學系統(tǒng),在外界影響(做功或傳熱)下,其狀態(tài)將發(fā)生變 化,系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程稱為熱力學過程,簡稱過程。(2) 準靜態(tài)過程:狀態(tài)變化過程中的任一時刻,系統(tǒng)的狀態(tài)并非平衡態(tài),但 為了能利用平衡態(tài)的性質,研究熱力學過程,引入準靜態(tài)過程的概念。設系統(tǒng)從某一平衡態(tài)開始,經(jīng)過一系列變化后再達另一平衡態(tài),如果這過程 能中所有者過程中所有中間狀態(tài)全都可以近
4、似地看作平衡態(tài),這樣的話,準靜態(tài) 過程就誕生了。在意義上講,準靜態(tài)指系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)向另一個平衡態(tài)變化時經(jīng)理的全 部狀態(tài)的總和。而過程則是系統(tǒng)平衡被破環(huán)的結果。若系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)連續(xù) 經(jīng)過無數(shù)個中間的平衡狀態(tài)過度到另一個平衡狀態(tài),那么過程中系統(tǒng)偏離平衡狀 態(tài)無限小并且隨時恢復平衡狀態(tài),且過程均勻緩慢且無任何突變。3、人們對理想氣體的準靜態(tài)過程的研究(1)理想氣體狀態(tài)方程:理想氣體狀態(tài)方程,也稱理想氣體定律、克拉配龍 方程,是描述理想氣體處于平衡態(tài)時,壓強、體積、物質的量、溫度間關系的狀 態(tài)方程。它建立在波義耳定律、查理定律、蓋-率薩克定律等經(jīng)驗定律上。其方 程式為pv=nRT這個方程式有4
5、個變量:p是指理想氣體的壓力,v為理想氣體 的體積,n表示氣體物質的量,而T則表示理想氣體的熱力學溫度;還有一個常 量:R為理想氣體常數(shù)??梢钥闯?,次方程的變量很多。因此次方程以其變量多、 適用范圍廣而著稱。一定量處于平衡態(tài)的氣體,其狀態(tài)由P、v和T刻畫,表達著幾個量之間的 關系的放啊成稱之為氣體的狀態(tài)方程,不同的氣體有不同的狀態(tài)方程。但真實氣 體的方程通常十分復雜而理想氣體的狀態(tài)方程具有非常簡單的形式。雖然完全理想的氣體并不可能存在,但許多實際氣體,特別是那些不容易液 化、凝華的氣體(如氦、氫氣、氧氣、氮氣等,由于氦氣不但體積小、相互作用 力小、也是所有氣體中最難液化的,因此它是所有氣體中最
6、接近理想氣體的氣 體。)在常溫下的性質已經(jīng)是十分接近于理想氣體。此外,有時只需要粗略估算一些數(shù)據(jù),使用這個方程會使計算變得方便很多。(2)理想氣體準靜態(tài)過程的擴展與深入:多方過程,即多變方程,在熱力工 程中有著重要的實用價值,其中一點指出pvAn =常數(shù)(n為常數(shù))。就算人們 對多方過程知之甚多,但如若深究起來,我們還是能在其中發(fā)現(xiàn)些許漏洞,例如, 多方指數(shù)中的n取決于什么因素?它又具有哪些物理含義?諸如此類由是, 我們必然有必要進一步討論理想氣體準靜態(tài)過程。其實,在對理想氣體準靜態(tài)過 程的傳統(tǒng)論述方式里,一直存在一個缺陷,即重視了氣體發(fā)生的過程本身,卻割 裂了外界對氣體過程的影響,這不符合實
7、際情況,勢必影響理論研究的深入。不 論在什么時候,外界氣體過程的影響和氣體過程的進行時同時,密切相關的,考 慮到這一點,我們可以找到理想氣體準靜態(tài)過程的所有形式都遵從的微分方程, 從而擴展并深入了氣體過程的論述。4、論述理想化氣體的準靜態(tài)過程在物理學中的應用(1)等容過程:等容過程又稱定容過程,是系統(tǒng)的體積始終保持不變的過程。 等容過程的特點是體積v=恒量。對理想氣體而言,等容的準靜態(tài)過程中壓強與 溫度的關系,可有理想氣體狀態(tài)方程得出,由于在等容過程中系統(tǒng)的體積保持不 變,洗頭膏對外界做的共A=P dv=O。由熱力學第一定律可知,等容過程的能量 轉換的關系,是系統(tǒng)吸收的熱量全部轉化為內能的增量
8、。(2) 等壓過程:等壓過程是指系統(tǒng)的壓強始終保持不變的過程。等壓過程的 特點是壓強p=恒量。對理想氣體而言,等壓的準靜態(tài)過程中,可由理想氣體狀 態(tài)方程得出體積與溫度的關系V/T=恒量在準靜態(tài)等壓過程中,系統(tǒng)對外界所做 的功A=pAV。設U為系統(tǒng)的內能,Qp為等壓過程中系統(tǒng)所吸收的熱量,則由 熱力學第一定律得出,等壓過程中的能量轉換關系是:Qp=AU+pAV還可證明, 等壓過程中系統(tǒng)所吸收的熱量等于其焓H的增量,即Qp=CpAT=AH,式中Cp 為定壓熱容。等壓過程在相變、工程熱力學及熱化學中均有重要應用。(3) 等溫過程:等溫過程是熱力學過程的一種,即是指熱力學系統(tǒng)在恒定溫 度下發(fā)生的各種物理或化學過程。在整個等溫過程中,熱量的傳遞使系統(tǒng)與其外 界處于熱平衡狀態(tài)。等溫過程是熱力學中一種重要過程。卡諾循環(huán)就是由兩個等 溫過程和兩個絕熱過程組成的。物質三態(tài)的可逆轉變也是在等溫條件下進行的。 參考文獻【1】袁在中,理想氣體準靜態(tài)過程的研究,吉林林學院基礎部; 【2】趙近芳,王登龍主編,大學物理學,北京郵電大學出版社;