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2018-1-5 理想氣體
- 2. 壓力Pressure 又叫做壓強 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 2 Serway 普物課本
- 3. • 定義：單位面積上所受的正向力 • 平均壓力： • 把ΔA縮成極小，則 該點的壓力 • 壓力必須 垂直 於接觸面 壓力Pressure 又叫做壓強 Serway 普物課本 WFU,Demo physics F P A 0 lim A F P A 單位: N/m2 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 3
- 4. • 地球表面任一點的大氣壓力值，等於在該 點的單位面積所承受該點向上延伸的空氣 柱重量 • 產生原因：大氣之重量（受重力吸引）所 造成的 • 大氣壓力的方向是 四面八方 的，且與物 體表面 垂直 大氣壓力 atmosphere 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 4
- 5. • 大氣壓力的方向是 四面八方 的，且與物 體表面 垂直 。 大氣壓力atmosphere 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 5
- 6. • 1643年義大利物理學家托里切利做了測量大氣壓力實驗 大氣壓力的量值 = 1.013 × 105(N m2 = 1.013 × 105 帕 = 1.013 巴 1atm = 76(cm ⋅ Hg = 1033.6(gw cm2 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 6
- 7. • 實驗顯示大氣壓力隨高度成指數 函數遞減 • P0：地表的大氣壓力 • a:常數 • h:海拔高度 大氣壓力的量值 ah oP P e 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 7
- 8. 有趣的氣體 平地便利商店圖片來源 http://www.sogi.com.tw/articles/ 平地的便利商店 山上的便利商店 山上便利商店圖片來源 http://birdblog.pixnet.net/blog/ 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 8
- 9. 影響氣體體積的因素 在壓力越小的地方，體積會越大： 𝑷 越小， 𝑽 越大 氣球圖片來源 https://www.balloonin.com/ 𝑷小 𝑷大 𝑽大 𝑽小 山圖片來源 http://www.dianliwenmi.com/ 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 9
- 10. 波以耳定律Boyle's law • 1662年，英國化學家波以耳從實驗研究中發現 • 定溫下，密閉容器內定量的低密度氣體，其 壓力P 和 體積V 成 反比 波以耳 𝑷𝑽 =定值 體積 壓力 (𝒂𝒕𝒎) 𝑽 𝟐𝑽 𝟑𝑽 𝟒𝑽 𝟏. 𝟎 𝟐. 𝟎 𝟑. 𝟎 𝟒. 𝟎 𝟏𝒂𝒕𝒎𝟐𝒂𝒕𝒎 𝟐𝑽 𝟒𝑽 物理意義：定溫下，系統內能不變 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 10
- 11. • 原理：利用大氣壓力和密閉容器內之氣壓 之間的壓力差來求知密閉容器內的氣壓， 而二者之壓力差可直接由刻度讀出。 • 說明： 開管壓力計 A P C B y P0 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 11
- 12. • 原理：將開管壓力計右端封閉，並使之成 為真空，則左右二管之壓力差y就是密閉容 器內之壓力，稱為絕對壓力。 • 說明： 閉管壓力計 A P C B y 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 12
- 14. P=定值 V 定壓-查理-給呂薩克定律 • 1787年，查理藉由研究氧、氮、 氫、二氧化碳以及空氣等 • 在0℃ 與 100℃ 間熱膨脹的情形， 發現每種氣體的體膨脹率都相同 Jacques Charles T 當氣體壓力固定時 溫度降低，氣體的體積會減小。 溫度上升，氣體的體積會增加。 溫度 T (℃) 體積 V 0 100 200-100-200 300-273.15 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 14
- 15. 定壓-查理-給呂薩克定律 溫度 T (℃) 體積 V 0 100 200-100-200 300-273.15 壓力不變，密閉容器內定量的低密度氣體， 溫度每上升1度C， 其體積增加0度C時體積的 1 273.15 𝑽 = 𝑽 𝟎(𝟏 + 𝑻 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓 K 絕對零度 絕對溫標 (K)173.15 K 373.15 K 壓力不變，密閉容器內定量的低密 度氣體，其體積和絕對溫度成 正比 𝑽 𝑻 =定值 0 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 15
- 16. 氣體-壓力與溫度的關係 圖片來源 youtube/The Sci Guys 為什麼內有高溫氣體的燒杯，在降溫後會把水煮蛋吃下去？ 高溫 低溫 高壓 低壓 瓶內溫度 瓶內壓力 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 16
- 17. 定容-查理-給呂薩克定律 給呂薩克 1783年，利用密閉容器體積不變、 氣體數量不變的條件下，測量氣體 壓力與溫度的關係 玻 璃 管 軟 橡 皮 管 水 銀 玻 璃 管 水 銀 尺 as b c -273.15 溫度 T (℃) 壓力 P 0 100 200-100-200 300 K 絕對零度 絕對溫標 (K)0 273.15 K 𝑷 = 𝑷 𝟎(𝟏 + 𝑻 𝟐𝟕𝟑. 𝟏𝟓 𝑷 𝑻 =定值 攝氏溫標： 絕對溫標： 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 17
- 19. 亞佛加厥定律 1811年，義大利化學家亞佛加厥 提出：在相同的壓力和溫度下，等體 積的任何氣體都含有相同數目的分子。 𝑽 𝟏 𝑽 𝟐 = 𝑵 𝟏 𝑵 𝟐 = 定值 一莫耳的任何氣體，在 0℃、一大氣 壓下，均佔有 22.4升 的體積。 標準狀況，簡稱STP (Standard Temperature and Pressure) 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 19
- 20. 氣體定律的整合 RPV kT ：理想氣體常數 常數 氣體常數 ：波茲曼常數 PV 定值 P T 定值 V T 定值 一莫耳的任何氣體，在 0℃、 一大氣壓下，均佔有 22.4 升 的體積。 1 22.4 0.082( ) 273 atm l R K 5 3 1.013 10 22.4 10 8.31( / ) 273 R J K 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 20
- 21. • 描述氣體巨觀現象 • 當氣體處於低密度狀態時，其壓 力 P，體積 V，溫度 T 和莫耳數 n 之間的關係 • 理想氣體常數 • 波茲曼常數 Boltzmann constant 理想氣體方程式 PV nRT 0.082 8.317 l atm R mole k J mole k g g g PV NkT 23 23 8.31 1.38 10 6 10 k 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 21
- 22. 理想與現實 汽車的汽缸 汽車圖片來源 http://blog.xuite.net/wu1980690929 汽缸圖片來源 http://baike.bitauto.com/other 這個問題，可以使用理想氣體 定律 解釋? 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 22
- 24. 理想氣體與真實氣體 為了簡化問題，科學家建構 理想氣體… 理想氣體的條件： 1. 具有質量 但體積極小可忽略 2. 分子之間無作用力 (不會液化) 3. 完全彈性體 真實氣體的狀況： 1. 具有質量和體積 且體積不可忽略 2. 分子之間有作用力 (太靠近時可能會液化) 3. 不是完全彈性體 𝒎 極小 𝒎 大 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 24
- 25. 理想氣體與真實氣體 在現實生活中，什麼條件之下的真實氣體 最接近理想氣體呢？ 理想氣體的條件： 1. 具有質量 但體積極小可忽略 2. 分子之間無作用力 (不會液化) 3. 完全彈性體 𝒎 極小 a. 溫度越 ____ 越好 b. 壓力越 ____ 越好 高溫的氣體分子運動速率較快， 分子間接觸時間短！ 低壓的氣體分子數量較少， 分子自身的體積可忽略！ 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 25
- 26. • 分子間距 遠大於 分子自身體積 • 分子的運動為 隨機運動 • 分子運動遵守 牛頓運動定律 • 分子可視為微小的 完全彈性剛體 理想氣體微觀模型 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 26
- 27. 2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 27 Thank for your attention 參考資料 陈玉芳，物理學史簡明教程 郭奕玲，沈慧君，物理學演義 維基百科 高三選修物理課本 DeltaMOOCx