物理模型

物理学是研究物质运动最一般的规律和物质的基本结构的科学。在实际情况中，影响物质运动变化的因素往往是复杂的。为了简化问题，有利于所研究问题的逐步展开和顺利解决，在物理学研究中常常忽略一些次要因素，而只考虑起决定作用的主要因素，因此，就需建立物理模型。

例如把物质分子看成一个个不连续的弹性小球，在物质三态中有着不同的空间分布与结构，这就是物质结构的分子模型。

为便于研究真实气体的性质，建立了理想气体模型，并假设它有如下性质：

这些假设使在研究真实气体时能抓住气体的主要性质与特征，忽略在低温、高压下跟气体实验定律之间出现的偏离，从而使研究的问题得以简化。

建立物理模型是一种科学方法，在今后学习中经常用到。理想气体的状态方程

如图 2—28(a)所示，在一个带有活塞的竖直放置的容器里，盛有一定质量的理想气体，它的温度为 T，体积为 V1，压强为 p1，这是它的一个平

衡状态，设为状态 1。

如果要使它变化到另一个平衡状态 2，这时的温度为 T2(T2＞T1)，体积为 V2(V2＜V1)，压强为 p2(p2＞p1)[图 2-28(c)]。设想这一定质量的气体

是先后经过两个过程来实现这一状态变化的。假定它先经过一个等体积过程，到达某一个中间状态 C，这时的温度 TC=T2，体积保持不变 VC=V1，压强为 pC[图 2－28(b)]。根据查理定律，可得出在这过程中压强跟温度的关

系是

P1 = T1 Pc T2

然后使气体再经过一个等温过程到达状态 2，这时温度仍为 T2，体积为V2，压强为 p2[图 2－28(C)]。根据玻意耳定律，可得出这过程中压强跟体积的关系是

pcV1=p2V2。 (2)

从(1)式得PC

= p1T2

= 代入（2）式，整理后得

p1v1 = p 2 V2

T1 T2

这个方程叫做理想气体状态方程。表明一定质量的理想气体的压强和体积的乘积，除以它的热力学温度得到的商，在状态变化过程中是保持不变的。即

pV = C（常数）， T

式中 C 跟气体的质量和性质有关。理想气体状态方程反映了一定质量理想气体的温度、体积和压强这三个状态量间的关系，对于真实气体来说，在温度不太低、压强不太大的情况下也是适用的。

理想气体的状态方程实际上包含了前几节所学过的气体实验定律。例如温度不变时(T1=T2)，理想气体状态方程就是玻意耳定律的表达形式；体积不变时(V1=V2)，理想气体状态方程就是查理定律的表达形式；压强不变时(p2=p2)，理想气体状态方程就是盖·吕萨克定律的表达形式。

在应用理想气体状态方程解决实际问题时，要注意气体的质量必须是一定的，气体先后所处的两个状态的压强和体积应分别取相同的单位，而温度则必须用热力学温度表示。