已知兩瓶不同種類(lèi)的理想氣體, 分子平均平動(dòng)動(dòng)能相同, 但氣體分子密度不同,求 :它們的溫度是否相同 ? 壓強(qiáng)是否相同 ? 關(guān)于物理學(xué)熱運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。
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因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆?dòng)能的標(biāo)志,分子平均平動(dòng)動(dòng)能相同,它們的溫度必然相同。 壓強(qiáng)可以根據(jù)克拉伯瓏方程(PV=nRT=mRT/M,m是氣體的質(zhì)量,M是氣體的摩爾質(zhì)量)來(lái)判斷。 如果氣體分子密度是指單位體積內(nèi)的分子數(shù),則 氣體分子密度大的壓強(qiáng)大(P=NRT)。 如果氣體分子密度是指單位體積內(nèi)的氣體質(zhì)量,則 氣體分子密度大的壓強(qiáng)不一定大(P=dRT/M,d表示密度,還要看摩爾質(zhì)量的大小)。
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分子的平均平動(dòng)動(dòng)能是微觀量,溫度是宏觀量,是大量分子統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果,兩者的關(guān)系在理想氣體的溫度公式中表明:w=(2/3)kT,分子的平均平動(dòng)動(dòng)能決定了宏觀上的溫度。所以二者溫度相同。而壓強(qiáng)也是宏觀量,它與分子的平均平動(dòng)動(dòng)能的關(guān)系可以由理想氣體的壓強(qiáng)公式給出,即:p=(3/2)nw。(其中n是分子數(shù)密度)。所以如果題目中的密度是單位體積內(nèi)的分子數(shù)(即分子數(shù)密度n),則二者壓強(qiáng)不相同。當(dāng)然,壓強(qiáng)也可以有理想氣體狀態(tài)方程得到:p=nkT(這是由pV=(m/M)RT推導(dǎo)而出的另一形式,也能得出如上結(jié)論。二樓的同學(xué)似乎有一個(gè)公式不準(zhǔn)確:“P=NRT”,如果N是分子數(shù)密度的話,那么就不應(yīng)該是摩爾氣體常數(shù)R,而應(yīng)該是玻爾茲曼常數(shù)k。最后,如果題目中的密度是指質(zhì)量密度的話,那在未知?dú)怏w種類(lèi)的情況下,不能判定。
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具有相同平均分子動(dòng)能的物體具有相等的溫度;因而兩瓶不同種類(lèi)的理想氣體, 分子平均平動(dòng)動(dòng)能相同,它們的溫度相同;相同溫度下,氣體的壓強(qiáng)只與氣體的摩爾濃度有關(guān),與質(zhì)量密度無(wú)直接關(guān)系;因而難以確定它們的壓強(qiáng)的大小;