在P、V、丁为坐标轴的三维空间里,满足状态方程的点处在一个曲面上。为了直观起见,通常取各种截面,画成平面上的曲线。若固定温度,在P-V平面土,理想气体的状态用图2.1中的一组双曲线表示。这是一批"等温线",其中T4>T3>T2>T1。图中阴影部分是我们给范德瓦耳斯保留的位置,以后就会明白。相应地,在P-T平面上,理想气体的状态用一组通过原点的直线(等容线)表示图2.2)。这些直线的起始部分都画成了虚线,因为当温度很低时,早已不能
P0是温度为T0时的压力。
将这三个式子合并,就得到一般情形下理想气体的状态方程
PV=nRT=NkT
n是气体的克分子数,R是气体常数。其实,R就是阿伏伽德罗数NA和玻耳兹曼常数k的乘积
R= NAk=8.314焦耳/度
而N=nNA就是气体的总分子数。
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在P、V、丁为坐标轴的三维空间里,满足状态方程的点处在一个曲面上。为了直观起见,通常取各种截面,画成平面上的曲线。若固定温度,在P-V平面土,理想气体的状态用图2.1中的一组双曲线表示。这是一批"等温线",其中T4>T3>T2>T1。图中阴影部分是我们给范德瓦耳斯保留的位置,以后就会明白。相应地,在P-T平面上,理想气体的状态用一组通过原点的直线(等容线)表示图2.2)。这些直线的起始部分都画成了虚线,因为当温度很低时,早已不能用理想气体的状态方程了。
说到这里,需要交待一下我们所说"体积"的确切含义,以温度、压力的单位。为了忽略器壁的影响,我们往往设想体积推向无穷大的情况。更恰当的办法,是取单位质量所占有的体积,叫做"比容"。它的单位是立方厘米/克。我们以后仍用字母V代表,只在写出数值时注明量纲。比容的倒数ρ=1/V,即单位体积的质量,就是人们熟知的"密度"。ρ和V
为了描写气液相变,范德瓦耳斯建议计入气体分子间的两种基本相互作用。第一,每个分子具有一定的体积b,因此气体活动的有效体积缩小为V -Nb,这相当于气体分子在近距离上互相排斥,彼此不能靠得太近。第二,气体分子间在较远的距离上有微弱的相互吸引,相当于补充了一点"内压力",
这时就看得更清楚了。 当N
V
很小很小,即气体很稀薄时,它与理想气体差别
不大。稀薄气体不会发生气液相变。如果比例于N
V
的修正项开始起作用,就回
到了范德瓦耳斯方程。
把对应不同T 的等温线画出来,得到图2.60 这里用了约化的相对坐标,下
面就要解释。我们注意到,如果温度很高,范德瓦耳斯等温线非常接近图2.1 中
绘出的描写理想气体的双曲线。因此,范德瓦耳斯方程所描述的,是发生在图
2.1 左下角阴影部分的“低温现象”。
大多数广延量和强度量是成对出现的:体积和压力,熵和温度,总极化强度和电场强度,总磁化强度和磁场强度,等等。每一对变量的乘积,例如PV,TS,P•E,M•H,都具有能量的量纲。它们又称为"共轭"变量。注意,这里两个矢量的乘积是它们的"标量积",即
M•H=MHcosθ
其中θ两个矢量的夹角。这正如外力所做的功,是力乘以位移绝对值再乘上其夹角的余弦一样。其实,力和位移也是一对共轭变量。一般说来,强度量是控制宏观系统发生相变的参数。
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