互聯網上有各種各樣的地方,我想看看你們的想法。
實際上,有人問我理想氣體的熱容量是否獨立溫度。我說不,即使在很小的範圍內它實際上是不變的。
這是真的嗎?
什麼是理想的氣體?完美的氣體有什麼區別?我對提出的問題的回答正確嗎?
謝謝。
互聯網上有各種各樣的地方,我想看看你們的想法。
實際上,有人問我理想氣體的熱容量是否獨立溫度。我說不,即使在很小的範圍內它實際上是不變的。
這是真的嗎?
什麼是理想的氣體?完美的氣體有什麼區別?我對提出的問題的回答正確嗎?
謝謝。
理想氣體與理想氣體相同。只是命名不同。此類氣體的通常名稱(假定構成該氣體的粒子彼此之間沒有相互作用)是理想氣體,而理想氣體就是這種氣體在Atkins物理化學書中所命名的名稱。我個人更喜歡完美的氣體命名,因為它說明了對此假設的完美性質。
對於簡單系統(例如單原子氣體),我們可以假設理想/理想氣體為$ C_ { V,m} $與溫度無關。對於實際氣體,肯定不是這種情況。
請注意,$ C_ {V,m} = \ frac {3} {2} R $僅適用於單原子氣體。
即,結果$ C_V / n = \ frac {3} {2} R $來自理想氣體而不是理想氣體,僅是後者的近似值。
所以,讓我們首先看一下$ C_p-C_V = R $的來源,然後看一下$ C_V = \ frac {3} {2} R $來看看
我們從熱容的定義開始,即每單位溫度變化所產生的能量變化,即$$ \ Delta H = \ int_ {T_1} ^ {T_2} n \ cdot C_p \,\ mathrm dT $$ 現在,我假設熱容與溫度無關
然後,$$ \ Delta H = n \ cdot C_p(T_2-T_1)$ $
由於$ H = U + PV $並且壓力在此處保持恆定,因此將表達式重寫為$$ \ Delta U + P \ Delta V = n \ cdot C_p(T_2-T_1)$$通過上面執行的相同積分(但使用$ C_V $),我們發現$ \ Delta U = n \ cdot C_v(T_2-T_1)$將這些表達式組合併簡化,
$$ C_p-C_V = P \ frac {\ Delta V} {n \ cdot \ Delta T} $$
使用理想氣體定律,在恆定壓力下,我們發現$$ \ frac { \ Delta V} {\ Delta T} = \ frac {nR} {P} $$將其放入$$ C_p-C_V = R $$
現在,對於單原子理想氣體,能量只能存儲在翻譯中。為了避免必須做數學和一點物理學的等分定理,我們看到單原子氣體的能量將是$$ U = \ frac {3} {2} Nk_ \ mathrm bT $$ For $ N = N_ \ Mathrm A $粒子,我們有$$ U = \ frac {3} {2} RT $$
因此,因為$$ C_V \ equiv \ left(\ frac {\ partial U} {\部分T} \ right)_ {P,n} $$我們看到,$$ C_V = \ frac {3} {2} R $$
結論:
我們看到,在我們推導關係$$ C_p-C_V = R $$時,我們都使用了理想氣體定律,並假設熱容與溫度無關。
因此,要回答此答案頂部引用的問題,$ \ frac {C_V} {n} = \ frac {3} {2} R $是從理想氣體而不是理想氣體中得出的。
並且,為回答另一個問題,我們的推導要求我們假設熱容量隨溫度的變化而恆定,因此說熱取決於理想氣體的溫度是不正確的。但是,確實,熱氣體的熱容量會隨溫度而變化。
關於理想氣體和理想氣體之間是否存在差異,我將看一下Wikipedia頁面上的內容。上面的評論,但是當已經完全理解理想氣體並且理想氣體的行為基本相同時,將某物定義為理想氣體似乎是多餘的。 / p>
我記得P.W. Atkins等人指出,理想氣體和理想氣體中的粒子之間的相互作用是恆定的(即,它們不會隨T或P變化)。區別在於,對於百分比氣體,相互作用不僅恆定,而且等於零。對於理想的氣體,它們只是恆定的。 。實際上,相比而言,距離很大,這就是為什麼粒子之間的吸引力可以忽略不計的原因。
簡而言之,理想氣體遵循理想氣體定律。在熱力學和統計力學中,許多物理關係是使用理想氣體定律推導出來的,根據情況有時會考慮范德華力或其他不可忽略的影響。以我的理解,理想的氣體是理想的氣體,但從未將其視為具有非相互作用的粒子。除非您打算在物理化學或凝聚態物理領域做一些論文或論文,否則我認為區別並不十分重要。
P。 W. Atkins說,最好使用術語 perfect (完美氣體),因為顆粒沒有相互作用。相反,理想溶液由不同的顆粒組成,這些顆粒之間表現出相同的相互作用(甲苯/苯混合物是很好的近似值)。
就宏觀熱力學而言(不需要基於分子的論據),區分“理想氣體”和“完美氣體”的根本原因是氣體的混合物(溶液)可能是“理想溶液” ”,但它的每個成分都不必是理想的氣體。
在單組分氣相的情況下,更精確地使用術語“完美氣體”,它是指遵循狀態方程的氣體(通常稱為“理想氣體方程”狀態”): $$ PV = nRT \ tag {1} $$ span>其中P是壓力,V是體積,n是摩爾數,R是通用氣體常數,T是絕對溫度。
根據熱力學關係
$$(\ mathrm d \ mu / \ mathrm dP)_T = V / n \ tag {2 } $$ span>
我們獲得了單個完美氣體的化學勢,
$$ \ mu_i(T,P )= \ mu_i ^ 0(T; P ^ 0)+ RT \ ln(P / P ^ 0)\ tag {3} $$ span>
其中 $ P ^ 0 $ span>按照慣例設置為 $ \ pu {1 bar} $ span>(但1990年前的表格使用 $ P ^ 0 = \ pu {1 atm} $ span>。)
到目前為止,我們可以使用術語“理想氣體”。然而,在解決方案的情況下出現問題。等式的推廣。 (3)到理想氣體的混合物(溶液)是
$$ \ mu_i(T,P)= \ mu_i ^ 0(T; P ^ 0 )+ RT \ ln(x_iP / P ^ 0)\ tag {4} $$ span>
,其中 $ x_i $ span>是物種的摩爾分數 $ i $ span>。 (請注意,對等式(4)進行熱力學操作很容易得出混合物的理想氣體EOS
$$ PV = n_tRT \ tag {5} $$ span>
,其中 $ n_t $ span>是摩爾總數。
等式。 (4)可以寫為
$$ \ mu_i(T,P)= \ mu_i ^ *(T,P)+ RT \ ln(x_i) \ tag {6} $$ span>
其中
$$ \ mu_i ^ *(T,P)= \ mu_i(T; P ^ 0)+ RT \ ln(P / P ^ 0)\ tag {7} $$ span>
然後定義“理想溶液”(對於任何相)的一般概念是有用的,對於該概念,每種物質的化學勢由等式給出。 (6),在這種情況下, $ \ mu_i ^ *(T,P)$ span>是純種i在混合物的T和P處的化學勢。注意, $ \ mu_i ^ *(T,P)$ span>不必由等式給出。 (3)。因此,理想氣體的一種特殊情況是理想氣體的解決方案(其單個化學勢由式(4)給出)。
我在高中時學到的是,理想氣體和理想氣體是同義詞。也就是說,這些名稱基本上指的是相同類型的氣體:
- 分子之間的吸引力很小,可以忽略不計;
- 之間的距離很小,可以忽略不計粒子;
- 具有高速隨機漫遊的粒子;
- 具有與容器壁的碰撞是完全彈性的分子。
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