关于理想气体定义的讨论.PDF

维普资讯 2OO4年9月 伊犁师范学院学报 Sept．2004 第3期 JournalofILlTeachersCollege No．3 关于理想气体定义的讨论 付清荣 (伊犁师范学院物理与电子信息学院，新疆 伊宁 835000) 摘 要：讨论了理想气体的不同定义，得出只有利用理想气体状态方程和焦耳定律才能给出理 想气体的完整定义． 关键词：理想气体；状态方程；焦耳定律；热力学温标；理想气体温标 中图分类号：O414 文献标识码：B 文章编号：10o9__1Cr76(2Oo4)o3 8—02 1 引言 理想气体是热力学和统计物理学中一个基本而又非常重要的研究对象，因此给出理想气体的严格定 义是非常重要的．然而长期以来对理想气体的定义却众说纷纭，本文就理想气体的不同定义法进行分析讨 论，指出只有利用理想气体状态方程和焦耳定律才能给出理想气体的完整定义． 2 理想气体的不同定义法 目前，对理想气体的定义有微观定义和宏观定义，即定性定义和定量定义．因为理想气体是实际气体 在极稀薄状态下的极限近似，在这种极限近似下，所有实际气体具有共性，其共性是实际气体分子间的相 互作用可以忽略，每个分子的固有体积亦可忽略，即每个气体分子都可看作质点，由此可建立理想气体的 微观定义即定性定义．理想气体可视为无引力的弹性质点小球的集合体，从而可用统计方法导出理想气体 状态方程、焦耳定律及理想气体的一些其它属性．但是对理想气体的宏观定义即定量定义却有不同的定义 法，总结起来有以下三种不同定义法： (1)把理想气体定义为遵循理想气体状态方程和焦耳定律的气体，即理想气体必须同时满足： 条件 1：PV=nRT； 条件 2：U=U(T)． (2)把理想气体定义为遵循理想气体状态方程和热力学温标与理想气体温标相等的气体，即理想气体 必须同时满足： 条件 1：PV=nRT； 条件 2：T=0． (3)把理想气体定义为仅遵循理想气体状态方程的气体，即理想气体满足： 条件：PV=nRT． 下面将分析第三种定义法的不正确性以及第二种定义法的不妥当性和第一种定义法的正确性，进而 强调指出理想气体是同时满足理想气体状态方程和焦耳定律的气体． 3 理想气体定义的分析讨论 下面首先证明第三种定义法是不正确的． 由热力学第二定律确定如下的热力学关系式： ( )e=0a‘s)e P=0历a‘p)v—P (1) — 式中u、V、S、P、e分别为理想气体的内能、体积、熵、压强、热力学温标，利用(1)式可得出对理想气体 收稿日期：加 —o4一l4 作者简介：付清荣(1968_ )，女，伊犁师范学院物理与电子信息学院讲师． 维普资讯 第3期 付清荣：关于理想气体定义的讨论 有 (au)。=0 ． 将理想气体状态方程PV=taRT代人(1)式有 ()。=0()v—P=-氓fit~jv—T】={0【(筹)v—T】， fa 1 整理得 =旦 T (筹)v—l (2) 对于理想气体压强P趋于零，因此有I、oY，ln=0，否则上式将趋于无穷，违背热力学第一定律，但这里 需注意的一点是，现在得到的结论是(au)。=0，而非()T=0(T是理想气体温标)，也就是说()0=0 并非意味着得到焦耳定律的表达式()=o，若要通过()0=o，得到焦耳定律的表达式()T=o，必 须要