“氣體的體積增大時,分子勢能增大”的主要論據是:氣體分子間距離較大,分子的相互作用是吸引力;體積增大,則分子間距離增大,吸引力做負功,則分子勢能增大.但這個論據靠不住:在同一時刻,氣體中有一些分子對之間的分子間力表現為吸引力q,也有少數分子對的分子間力表現為排斥力Q,由於Q往往遠大於q,因此後者未必是次要因素.
實際上,在溫度一定情況下,氣體的體積較大幅度地增大時,分子勢能略有增大、略有減小都是有可能的,取決於氣體的種類和溫度.
焦耳在1845年做了一個實驗:氣體跟外界幾乎無熱交換,自由膨脹(不對外做功)體積加倍的過程中,測出氣體的溫度幾乎不變.這意味著,一定數量的氣體的內能幾乎只與溫度有關,而與體積無關.這意味著,氣體的分子勢能幾乎與體積無關.
焦耳和威廉·湯姆孫於1852年做了更精確的實驗(李椿等《熱學》163頁,人民教育出版社1978年版),實驗結果是,在氣體的體積和壓強的乘積PV與內能U這兩者的和保持不變的某種膨脹過程中,氣體的溫度略有下降(比如降低1℃),或略有上升(比如上升1℃),依所用氣體的種類和溫度的不同而不同.我們來分析這個實驗說明了什麼.在觀測到溫度降低1℃的實驗中,PV即使不按照克拉珀龍方程PV＝nRT而減小,也會略微減小,注意到(PV＋U)在實驗中不變,可知U有所增大,這說明了存在“體積增大、溫度降低,而內能增大”這種事實,從而說明了存在“氣體體積增大時分子勢能增大”這種事實.在觀測到溫度上升1℃的實驗中,PV即使不按照克拉珀龍方程PV＝nRT而上升,也會略微上升,注意到(PV＋U)在實驗中不變,可知U有所減小,這說明了存在“體積增大、溫度上升,而內能減小”這種事實,從而說明了存在“氣體體積增大時分子勢能減小”這種事實.
總之,氣體的體積發生較大的變化時,氣體總分子勢能只發生少許變化;氣體總分子勢能隨體積的增大而略微增大或略微減小,都是可能的.
由於氣體的分子勢能,只與體積有微弱的關係,因此在理想氣體模型的假設中可以包含下述假設:理想氣體的分子勢能不隨體積的變化而變化,或者,一定數量的理想氣體的內能是溫度的函式.
“氣體的體積增大時,分子勢能增大”的主要論據是:氣體分子間距離較大,分子的相互作用是吸引力;體積增大,則分子間距離增大,吸引力做負功,則分子勢能增大.但這個論據靠不住:在同一時刻,氣體中有一些分子對之間的分子間力表現為吸引力q,也有少數分子對的分子間力表現為排斥力Q,由於Q往往遠大於q,因此後者未必是次要因素.
實際上,在溫度一定情況下,氣體的體積較大幅度地增大時,分子勢能略有增大、略有減小都是有可能的,取決於氣體的種類和溫度.
焦耳在1845年做了一個實驗:氣體跟外界幾乎無熱交換,自由膨脹(不對外做功)體積加倍的過程中,測出氣體的溫度幾乎不變.這意味著,一定數量的氣體的內能幾乎只與溫度有關,而與體積無關.這意味著,氣體的分子勢能幾乎與體積無關.
焦耳和威廉·湯姆孫於1852年做了更精確的實驗(李椿等《熱學》163頁,人民教育出版社1978年版),實驗結果是,在氣體的體積和壓強的乘積PV與內能U這兩者的和保持不變的某種膨脹過程中,氣體的溫度略有下降(比如降低1℃),或略有上升(比如上升1℃),依所用氣體的種類和溫度的不同而不同.我們來分析這個實驗說明了什麼.在觀測到溫度降低1℃的實驗中,PV即使不按照克拉珀龍方程PV＝nRT而減小,也會略微減小,注意到(PV＋U)在實驗中不變,可知U有所增大,這說明了存在“體積增大、溫度降低,而內能增大”這種事實,從而說明了存在“氣體體積增大時分子勢能增大”這種事實.在觀測到溫度上升1℃的實驗中,PV即使不按照克拉珀龍方程PV＝nRT而上升,也會略微上升,注意到(PV＋U)在實驗中不變,可知U有所減小,這說明了存在“體積增大、溫度上升,而內能減小”這種事實,從而說明了存在“氣體體積增大時分子勢能減小”這種事實.
總之,氣體的體積發生較大的變化時,氣體總分子勢能只發生少許變化;氣體總分子勢能隨體積的增大而略微增大或略微減小,都是可能的.
由於氣體的分子勢能,只與體積有微弱的關係,因此在理想氣體模型的假設中可以包含下述假設:理想氣體的分子勢能不隨體積的變化而變化,或者,一定數量的理想氣體的內能是溫度的函式.