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热物理学

气体定律

在 p–V 图上改变 T、V、n 研究理想气体状态。验证 pV=nRTpV = nRT 及三条定律:等温 pV=constpV = \text{const}、等压 V/T=constV/T = \text{const}、等容 p/T=constp/T = \text{const}。

高中

⚠ 此为虚拟模拟;对真实气体切勿过度压缩或加热密闭容器——压强升高可能导致容器爆裂。

器材

  • p–V 图上带活塞的虚拟气缸
  • 温度 T、体积 V 和气体量 n 滑块
  • 三个过程按钮:等温、等压、等容
  • 初态与末态读数行

实验步骤

  1. 等温过程

    选择“等温”按钮,拖动体积 V 滑块:温度被锁定,压强与 V 成反比。从读数行记录两组 (V, p) 值,验证乘积 pVpV 不变——曲线为双曲线 p=nRT/Vp = nRT/V。

  2. 等压与等容过程

    选“等压”:升高 T 时活塞膨胀而 p 不变——验证 V/T=constV/T = \text{const}(T 用开尔文)。选“等容”:V 被锁定,改变 T 读出 p,验证 p/T=constp/T = \text{const}。图上虚线连接各过程的初态与末态。

  3. 改变气体量并预测

    固定 T、V 增大气体量 n:由 p=nRT/Vp = nRT/V 压强应成比例上升。先预测新压强再与读数对照;试试找出使给定状态 p 加倍的 n。

模拟

实验历史

1662年,罗伯特·波义耳发表了对J形管中压缩空气测得的 pV=constpV = \text{const} 关系。雅克·查理在18世纪80年代研究了气体随温度的膨胀(未发表),1802年盖-吕萨克对该定律作了定量测量。1834年,克拉珀龙把各结果合并为 pV=nRTpV = nRT。 阿伏伽德罗(1811年)补充了物质的量的概念:V、p、T 相同时任何气体所含分子数相同。威廉·汤姆孙(开尔文勋爵)1848年基于卡诺的工作提出绝对温标——这使气体定律得以写成简单的正比形式。

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