第17章溫度熱膨脹和理想氣體定律

—個底部開口的熱氣球 §17-11 1027 了原子的大致尺度——大約為10-10m。方法：1m的一立方體的銅。將密度ρ除以一個原子的質(zhì)量(63u在1m3體積中的原子數(shù)目。假定原子陣列中，NN×N=N31m3中的總的原子數(shù)，設(shè)N為沿邊長為1m長度上的原子數(shù)。解：一個銅原子的質(zhì)量63 10 1025 1 9

1010§17-2 在較高的溫度下，固體如鐵呈現(xiàn)為橙色甚至白色;白熾燈泡的鎢絲發(fā)出白光;通過固體輻射出的光的主要顏色（更準(zhǔn)確地說是波長），我們可以估計和其他星體表面的溫度。溫標(biāo)：為了定量的測量溫度定義的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)。最常見的標(biāo) 氏度”）沸點10032℉，沸點212℉。對于攝氏溫標(biāo)，兩個標(biāo)記之間的距離被劃分為100等份，在0℃和100℃之間，相鄰等份之間相差1℃(因此得名“攝氏溫標(biāo)”意思是“百份”)。 ，C在后”；但是，當(dāng)我們提到一個變化的溫度或溫度間隔時，例如我們說2C0，“C T 9或T(0F)

9T(0C)+C0=9F0§17-4線性膨脹:實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度的增量ΔT不太大,幾乎所 (17- 或 l0 )

(17-l0是溫度為T0時的長度，l是溫度Tl0是溫度為T0時的長度，l是溫度T時的長度，如果溫度增量ΔT=T-T0為負值，則Δlll0 106/C0)(200m)(400C 200C) 0當(dāng)溫度下降到-30ΔT30 αl 106/C0)(200 10m0例17-5圓環(huán)套在棒上鐵環(huán)緊緊貼在圓柱鐵棒上。在20℃時， Δl

0 106/C00T(20430450遍超過玻璃。體積膨脹:一種材料的體積隨溫度的變化而變化，

(17-其中，ΔT是溫度的增量，V0是原來的體積，ΔV是體積增量，β(℃)-1注意：對于固體，通常體膨脹系數(shù)β大約是線膨脹系數(shù)α的3倍。這是為什么？考慮一個長度l0、寬度W0、高度H0的長方體固體。當(dāng)它的溫度改變ΔT，其體積從V=l0w0H0到 l0 αΔT)H0 β3α練習(xí)B一根細長鋁棒，在0℃時為1.0m長，體積為1.0000×10-3m。當(dāng)加熱到100℃時，棒長變?yōu)?.0025m。在100℃時，棒(a)1.0000×10-3 (b)1.0025×10-3 (d)1.0075×10-3 (e)2.5625×10-3*例17-7在20℃時，70L βV *低于404℃。在44℃時密度最大。由于低于4物將無法這個星球上。當(dāng)水從4℃冷卻到0℃時不僅膨脹了，而且凍結(jié)成冰時膨脹更§176玻意耳定律 ·玻意耳（1627 T 約瑟夫·蓋－呂薩克（17781850）提 常數(shù)V概念理解：例17-9如果你將一個擰緊蓋子的玻璃瓶投解答：瓶子里面不是空的，它充滿了空氣?；鸺訜崞績?nèi)的空氣，其溫度升高。而玻璃瓶的體積在加熱后的變化卻很小。根據(jù)蓋－呂薩克定律，瓶子內(nèi)的空氣的壓力P將顯著增加，足以使瓶子。§177 正比。即PV 8.31J/(molK) atm)/(mol

[SI單位(a1.33atmb0.75atmc)4.7atmd0.21atme)1.00atm§178 273K(00C)和P 1.00atm N/例17-10STP條件下1mol氣體的體積在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓強下，1mol任何氣體的行為接近理想氣體。解：根據(jù)方程17-3，則體積V的解為 (1.00mol)(8.314J/ 103 105N/m2mF1.00mol理想氣體在546K時（=2×273K）2.0atm絕對壓 （a）11.2L，（b）22.4L，（c）44.8（d）67.2L，（e）89.6L例17-11氦氣球一個氦氣球，假定為一個完美球體，半徑 cm。在室溫（20℃），其內(nèi)部壓強為1.05atm

1.05atm=1.064×105N/m

20OC=（20+273）K=293PV 105N/m2)(0.0244m3 (8.31J/ *例17-12標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓強（STP） n

m

質(zhì)量分別為2×16u=32u和2×14u= 28u，平均約29u。因此，1mol空氣的質(zhì)量大約為29g=0.029kg，所以我們的房間空氣有： 50練習(xí)G：一個房間里，在20℃比在0℃時，會有 T

由于n和R是常量，如果現(xiàn)在讓P1,V1和T1表示初P2V2和T2代表變化以后的狀態(tài)， 17-13當(dāng)輪胎冷的時候（10℃）壓為200kPa，行駛100km后，輪胎內(nèi)溫度升高到40℃。此時輪 T解題思路：V1V2T P1=（200kPa2T2

232kPa，可見 AN kR/

8.314J/ JJ/N /例