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壓力Pressure 又叫做壓強
2018/7/152018-高三選修物理-Chpapter 1 熱學 2
Serway 普物課本

? 定義：單位面積上所受的正向力
? 平均壓力：
? 把ΔA縮成極小，則該點的壓力
? 壓力必須垂直於接觸面
壓力Pressure 又叫做壓強
Serway 普物課本
WFU,Demo physics
F
P
A
?
?
?
0
lim
A
F
P
A? ?
?
?
?
單位: N/m2

? 地球表面任一點的大氣壓力值，等於在該
點的單位面積所承受該點向上延伸的空氣
柱重量
? 產生原因：大氣之重量（受重力吸引）所
造成的
? 大氣壓力的方向是四面八方的，且與物
體表面垂直
大氣壓力 atmosphere

? 大氣壓力的方向是四面八方的，且與物
體表面垂直。
大氣壓力atmosphere

? 1643年義大利物理學家托里切利做了測量大氣壓力實驗
大氣壓力的量值
= 1.013 × 105(N m2
= 1.013 × 105
帕 = 1.013 巴
1atm = 76(cm ? Hg = 1033.6(gw cm2

? 實驗顯示大氣壓力隨高度成指數
函數遞減
? P0：地表的大氣壓力
? a:常數
? h:海拔高度
大氣壓力的量值
ah
oP P e?
? ?

有趣的氣體
平地便利商店圖片來源 http://www.sogi.com.tw/articles/
平地的便利商店山上的便利商店
山上便利商店圖片來源 http://birdblog.pixnet.net/blog/

影響氣體體積的因素
在壓力越小的地方，體積會越大： ? 越小， ? 越大
氣球圖片來源 https://www.balloonin.com/
?小
?大
?大
?小
山圖片來源 http://www.dianliwenmi.com/

波以耳定律Boyle's law
? 1662年，英國化學家波以耳從實驗研究中發現
? 定溫下，密閉容器內定量的低密度氣體，其壓力P 和體積V 成反比
波以耳
?? =定值
體積
壓力
(???)
? ?? ?? ??
?. ?
?. ?
?. ?
?. ?
????????
??
??
物理意義：定溫下，系統內能不變

? 原理：利用大氣壓力和密閉容器內之氣壓
之間的壓力差來求知密閉容器內的氣壓，
而二者之壓力差可直接由刻度讀出。
? 說明：
開管壓力計
A
P
C B
y
P0

? 原理：將開管壓力計右端封閉，並使之成
為真空，則左右二管之壓力差y就是密閉容
器內之壓力，稱為絕對壓力。
? 說明：
閉管壓力計
A
P
C B
y

氣體-體積與溫度的關係
把充飽的氣球放進低溫(約-196℃)的液態氮裡，會發生什麼事？
室溫低溫
圖片來源 youtube/MrGrodskiChemistry
更低溫

P=定值
V
定壓-查理-給呂薩克定律
? 1787年，查理藉由研究氧、氮、
氫、二氧化碳以及空氣等
? 在0℃ 與 100℃ 間熱膨脹的情形，
發現每種氣體的體膨脹率都相同
Jacques Charles
T
當氣體壓力固定時
溫度降低，氣體的體積會減小。
溫度上升，氣體的體積會增加。
溫度 T (℃)
體積 V
0 100 200-100-200 300-273.15

定壓-查理-給呂薩克定律
溫度 T (℃)
體積 V
0 100 200-100-200 300-273.15
壓力不變，密閉容器內定量的低密度氣體，
溫度每上升1度C，
其體積增加0度C時體積的
1
273.15
? = ? ?(? +
?
???. ??
K
絕對零度
絕對溫標 (K)173.15 K 373.15 K
壓力不變，密閉容器內定量的低密
度氣體，其體積和絕對溫度成正比
?
?
=定值
0

氣體-壓力與溫度的關係
圖片來源 youtube/The Sci Guys
為什麼內有高溫氣體的燒杯，在降溫後會把水煮蛋吃下去？
高溫低溫
高壓低壓
瓶內溫度
瓶內壓力

定容-查理-給呂薩克定律
給呂薩克
1783年，利用密閉容器體積不變、
氣體數量不變的條件下，測量氣體
壓力與溫度的關係
玻
璃
管
軟
橡
皮
管
水
銀
玻
璃
管
水
銀
尺
as
b
c
-273.15 溫度 T (℃)
壓力 P
0 100 200-100-200 300
K
絕對零度
絕對溫標 (K)0 273.15 K
? = ? ?(? +
?
???. ??
?
?
=定值
攝氏溫標：
絕對溫標：

長途運送
氣體的體積與數量的關係
圖片來源 http://hitefishworld.blogspot.tw/
氣體數量少
體積較小
氣體數量多
體積較大
圖片來源 http://sbo888.pixnet.net/
運送金魚的時候，會將氧氣打入塑膠袋中
運送的時間越長，就會打入越多的氧氣。

亞佛加厥定律
1811年，義大利化學家亞佛加厥
提出：在相同的壓力和溫度下，等體
積的任何氣體都含有相同數目的分子。
? ?
? ?
=
? ?
? ?
= 定值
一莫耳的任何氣體，在 0℃、一大氣
壓下，均佔有 22.4升的體積。
標準狀況，簡稱STP
(Standard Temperature and Pressure)

氣體定律的整合
RPV
kT
?
? ? ?
?
：理想氣體常數
常數氣體常數
：波茲曼常數
PV ? 定值
P
T
? 定值
V
T
? 定值
一莫耳的任何氣體，在 0℃、
一大氣壓下，均佔有 22.4
升的體積。
1 22.4
0.082( )
273
atm l
R
K
? ?
? ?
5 3
1.013 10 22.4 10
8.31( / )
273
R J K
?
? ? ?
? ?

? 描述氣體巨觀現象
? 當氣體處於低密度狀態時，其壓
力 P，體積 V，溫度 T 和莫耳數 n
之間的關係
? 理想氣體常數
? 波茲曼常數
Boltzmann constant
理想氣體方程式
PV nRT?
0.082
8.317
l atm
R
mole k
J
mole k
? ?
g
g
g
PV NkT?
23
23
8.31
1.38 10
6 10
k ?
? ? ?
?

理想與現實
汽車的汽缸
汽車圖片來源 http://blog.xuite.net/wu1980690929
汽缸圖片來源 http://baike.bitauto.com/other
這個問題，可以使用理想氣體定律解釋?

理想與現實總是有段差距…
理想
現實
圖片來源 https://www.memecenter.com/圖片來源 https://www.clipartpanda.com

理想氣體與真實氣體
為了簡化問題，科學家建構理想氣體…
理想氣體的條件：
1. 具有質量
但體積極小可忽略
2. 分子之間無作用力
(不會液化)
3. 完全彈性體
真實氣體的狀況：
1. 具有質量和體積
且體積不可忽略
2. 分子之間有作用力
(太靠近時可能會液化)
3. 不是完全彈性體
?
極小
? 大

理想氣體與真實氣體
在現實生活中，什麼條件之下的真實氣體
最接近理想氣體呢？
理想氣體的條件：
1. 具有質量
但體積極小可忽略
2. 分子之間無作用力
(不會液化)
3. 完全彈性體
?
極小
a. 溫度越 ____ 越好
b. 壓力越 ____ 越好
高溫的氣體分子運動速率較快，
分子間接觸時間短！
低壓的氣體分子數量較少，
分子自身的體積可忽略！

? 分子間距遠大於分子自身體積
? 分子的運動為隨機運動
? 分子運動遵守牛頓運動定律
? 分子可視為微小的完全彈性剛體
理想氣體微觀模型

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參考資料
陈玉芳，物理學史簡明教程
郭奕玲，沈慧君，物理學演義
維基百科
高三選修物理課本
DeltaMOOCx

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2018-1-5 理想氣體

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