氣體圖像物理意義和相互轉換

高中物理理想氣體的規(guī)律主要有，三個實驗定律：波爾定律,，蓋.呂薩克定律和查理定律,，一個理想氣體的狀態(tài)方程。

用函數(shù)圖像表示氣體的狀態(tài)變化過程,，是氣體規(guī)律的一個重要表現(xiàn)形式,。

對氣體規(guī)律的理解和圖像物理意義的掌握，是分析氣體圖像問題的關鍵,。

氣體的圖像有三種：P—V圖,，P—T圖，V—T圖,，如圖1,、2、3所示

對圖像物理意義和轉換要進行全面的理解：

1,、能夠識別各圖中的等值過程,。

并且能

在P—V圖中判定P的大小。

在P—T圖中判斷V的大小,，

在V—T圖中判定P的大小。

在P—V圖中（圖1）,，

由一定質量的理想氣體狀態(tài)方程,，PV/T=C，（C為常熟）

得：P=（CT /V）,，

可見若T一定

則P與V成反比,，

∴ 在P—V圖中等溫線是雙曲線的一支，

并且T大則曲線位置高,，

如圖1中的氣體的溫度 T1>T2

在P—T圖中（圖2）：由一定質量的理想氣體狀態(tài)方程,，PV/T=C，（C為常熟）

得：P=（C /V）·T

可見若V一定

則P與V成正比,。

且是一條過原點的直線,，

若V大則C/V小，即斜率小,，

如圖2中氣體的溫度T2>T1

在V—T圖中（圖3）,，

由一定質量的理想氣體狀態(tài)方程，PV/T=C,，（C為常熟）

V=（C/P）T

可見若P一定,，

則V與T成正比，且是一條過原點的直線,，

若P大則C/P小,，即斜率小,，

如圖3中氣體的壓強P2>P1。

2,、能在已知的某一個圖中表示的氣態(tài)變化過程,，轉畫到其他圖像中的氣態(tài)變化過程。

例：使一定質量的理想氣體的狀態(tài)按圖4中箭頭所示的順序緩慢變化,，已知氣體在A狀態(tài)的體積為10升,。

（1） 將已知圖改畫成P—V圖像，并標出A,、B,、C、D各態(tài)的對應位置和過程進行的方向,。

（2） 將已知圖改畫成V—T圖,，并標明A、B,、C,、D各態(tài)的對應位置和過程進行的方向。

解：已知圖有四個狀態(tài)A,、B,、C、D四個過程

A→B等壓（20大氣壓）,，B→C等溫（600K）,，

C→D等壓（10大氣壓），D→A等溫（300K）,。

改畫圖的方法是：在循環(huán)過程中,，先選出一個狀態(tài)，如A態(tài)再用其它態(tài)與A態(tài)比較,，畫出其它狀態(tài),。

（1）將已知圖改畫成P—V圖像

根據(jù)每個狀態(tài)的P、V,、T,，并且注意各狀

態(tài)的P的大小關系，V的大小關系（因這是P—V圖）,，

已知VA=10升 PA=20大氣壓

有理想氣體的狀態(tài)方程可以求,，

VB=20升 VC=40升 VD=20升

又因為，各態(tài)之間的關系即是等溫,、等壓,，還是等容過程。

就可以將A、B,、C,、D四狀態(tài)連成一個循環(huán),如圖5

（2）將已知圖改畫成V—T圖

方法與(1)類似，

在A→B,、C→D的過程是等壓過程,，其連線是過原點的直線。

就可以將A,、B,、C、D四狀態(tài)連成一個循環(huán),如圖6

3,、用圖像判斷氣體變化的過程,。包括：各狀態(tài)的P、V,、T的大小關系,，物理過程的性質及內(nèi)能的變化，做功的情況,，吸熱還是放熱等,。

公式△E=W+Q。（熱力學第一定律也叫能量守恒定律）各物理量的意義：△E表示內(nèi)能的變化,，內(nèi)能增加為正值,，內(nèi)能減小為負值，理想氣體的內(nèi)能只有動能,，沒有勢能,，即內(nèi)能只與溫度有關。

W表示功,，外界對氣體做功為正值，氣體對外界做功為負值,，有沒有功值要看氣體的體積是否變化,，體積變大氣體對外界做功；體積變小,，外界對氣體做功,。

Q表示吸熱和放熱，若系統(tǒng)處于絕熱過程,，則Q=0,，其它過程要具體情況具體分析。

如圖6中A→B的過程是等壓過程：

壓強P不變,，溫度升高,，體積增大，

A→B體積增大,，說明氣體對外做功,，

氣體對外界做功為W負值

溫度升高內(nèi)能增加為△E正值

∴氣體一定吸收熱量,，Q為正值