单选题
一定体积的容器中,空气压力( )。
A
与空气密度和空气温度乘积成正比
B
与空气密度和空气温度乘积成反比
C
与空气密度和空气绝对温度乘积成正比
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在空气动力学或热力学中的应用。我们可以通过推导理想气体状态方程来找出压力、密度和温度之间的关系。
### 1. 理论基础:理想气体状态方程
理想气体状态方程通常表示为:
$$ PV = nRT $$
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
* $T$ 为气体的**绝对温度**(单位:开尔文 K)
### 2. 引入密度概念
我们需要将方程中的物质的量 $n$ 转换为密度 $\rho$。
已知:
* $n = \frac{m}{M}$ ($m$ 为气体质量,$M$ 为摩尔质量)
* $\rho = \frac{m}{V}$ ($\rho$ 为气体密度)
将 $n = \frac{m}{M}$ 代入原方程:
$$ PV = \frac{m}{M} RT $$
整理得到压力 $P$ 的表达式:
$$ P = \frac{m}{V} \cdot \frac{RT}{M} $$
因为 $\frac{m}{V} = \rho$,且对于特定气体(如空气),$R$ 和 $M$ 都是常数,我们可以令比气体常数 $R_{specific} = \frac{R}{M}$。
于是方程变为:
$$ P = \rho R_{specific} T $$
### 3. 分析变量关系
从公式 $P = \rho R_{specific} T$ 可以看出:
* $R_{specific}$ 是常数。
* 因此,**压力 $P$ 与密度 $\rho$ 和绝对温度 $T$ 的乘积成正比**。
### 4. 选项辨析
* **A. 与空气密度和空气温度乘积成正比**:表述不严谨。在热力学计算中,“温度”必须指“绝对温度”(开尔文温标),如果使用摄氏温度,该比例关系不成立(因为摄氏温度有负值且零点不同)。
* **B. 与空气密度和空气温度乘积成反比**:错误,根据推导是正比关系。
* **C. 与空气密度和空气绝对温度乘积成正比**:正确。明确指出了是“绝对温度”,符合物理定律 $P \propto \rho T$。
### 结论
在一定体积的容器中(或者更准确地说,对于处于平衡态的理想气体),其压力取决于单位体积内的分子数量(即密度)和分子的平均动能(即绝对温度)。
故正确答案为 **C**。
相关知识点:
空气压力与密度温度积成正比
题目纠错
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