单选题
气体的压力P、密度ρ、温度T三者之间的变化关系是(R为理想气体常数)( )。
A
T=PRρ
B
P=Rρ/T
C
P=RρT
答案解析
正确答案:C
解析:
这道题考查的是理想气体状态方程的变形形式。我们需要从标准的理想气体状态方程出发,推导出压力 $P$、密度 $\rho$ 和温度 $T$ 之间的关系。
### 1. 回顾理想气体状态方程
理想气体状态方程的标准形式为:
$$ PV = nRT $$
其中:
* $P$ 为气体压力
* $V$ 为气体体积
* $n$ 为气体的物质的量(摩尔数)
* $R$ 为理想气体常数
* $T$ 为热力学温度
### 2. 引入密度公式
我们知道物质的量 $n$ 与质量 $m$ 和摩尔质量 $M$ 的关系为:
$$ n = \frac{m}{M} $$
将此代入状态方程:
$$ PV = \frac{m}{M} RT $$
### 3. 推导压力与密度的关系
我们将方程变形,把体积 $V$ 移到右边,或者整理出密度 $\rho$ 的形式。
密度 $\rho$ 的定义是单位体积的质量,即:
$$ \rho = \frac{m}{V} $$
回到方程 $PV = \frac{m}{M} RT$,我们可以将其重写为:
$$ P = \frac{m}{V} \cdot \frac{RT}{M} $$
代入 $\rho = \frac{m}{V}$,得到:
$$ P = \rho \frac{RT}{M} $$
**注意:** 在工程热力学或某些物理语境中,题目中的 $R$ 有时指代**比气体常数**(Specific Gas Constant,通常记为 $R_s$ 或 $R_{specific}$),其定义为通用气体常数除以摩尔质量($R_{specific} = \frac{R_{universal}}{M}$)。
如果题目中的 $R$ 指的是**比气体常数**,那么公式简化为:
$$ P = \rho R T $$
即使题目中的 $R$ 指的是通用气体常数,而在选项中没有出现摩尔质量 $M$,通常这类基础选择题考察的是各物理量之间的正比关系结构。观察选项:
* **A. $T=PR\rho$**:量纲不对,且逻辑上温度不应随压力和密度乘积再乘以常数这样简单线性增加(除非R定义特殊,但通常形式不符)。
* **B. $P=R\rho/T$**:这意味着压力与温度成反比,这与查理定律(体积不变时,压力与温度成正比)矛盾。
* **C. $P=R\rho T$**:这符合 $P \propto \rho T$ 的关系。当密度一定时,压力与温度成正比;当温度一定时,压力与密度成正比。这是理想气体性质的正确描述。
因此,根据理想气体状态方程的常用变形形式 $P = \rho R T$(此处 $R$ 理解为比气体常数,或者仅考察变量间的乘积关系结构),选项 C 是正确的表达。
### 结论
正确答案是 **C**。
相关知识点:
气体P、ρ、T,关系P = RρT
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