你需要了解的氣體基本知識(shí)--理想氣體狀態(tài)方程

在前期的一些文章中多次提到了理想氣體狀態(tài)方程這個(gè)概念，可能有的小伙伴對(duì)此不太了解，今天就以這篇文章向讀者作簡(jiǎn)要介紹。

假設(shè)有這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓力下都能嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)規(guī)律，我們就把這種氣體成為“理想氣體"，它滿足以下條件：分子間除碰撞外沒有其他的作用力（即內(nèi)能只有分子動(dòng)能，沒有分子勢(shì)能）、分子自身體積可以忽略。從這個(gè)定義我們可以知道，理想氣體分子間沒有吸引力或者排斥力，也就是黏度為0。這樣的氣體遵循以下規(guī)律：

PV=nRT

其中 P 是氣體壓力（壓強(qiáng)），V 是氣體體積，n 是物質(zhì)的量，R 是理想氣體常數(shù)，T 氣體熱力學(xué)溫度。這就是著名的理想氣體狀態(tài)方程。這個(gè)方程揭示的氣體體積與壓力和溫度的關(guān)系：一定量的理想氣體體積與壓力成反比，與溫度成正比。

這個(gè)結(jié)論對(duì)于氣體測(cè)量至關(guān)重要。然而理想氣體是不存在的，我們依然可以對(duì)常見氣體使用這個(gè)方程的原因是常見氣體在壓力不太大、溫度不太低的情況下黏度非常小，通常在10^-5至10^-6量級(jí)。我們首先來看這個(gè)方程在氣體測(cè)量方面最重要的應(yīng)用：通過工況體積計(jì)算標(biāo)況體積。

例1.現(xiàn)有一容積50L的氣瓶充滿氮?dú)?，測(cè)得此時(shí)氣瓶壓力為202.65kPa、溫度為25℃，計(jì)算這瓶氮?dú)庠跇?biāo)況下（101.325kPa、25℃）體積是多少。

答：將兩種狀態(tài)下的溫度、壓力、體積分別帶入理想氣體狀態(tài)方程：

202.65×50=nR(273.15+25)

101.325×V=nR(273.15+25)

兩式相除，約掉nR，算出這瓶氮?dú)庠跇?biāo)況下的體積是100L。

從這個(gè)例子里可以很直觀地感受到，壓力減小一半，體積增大兩倍。

我們?cè)倏匆粋€(gè)更有趣的應(yīng)用。

例2.怎樣測(cè)量一個(gè)異形容器的容積。

答：實(shí)驗(yàn)在空氣環(huán)境下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。實(shí)驗(yàn)過程：通過易度流量計(jì)讀取壓力值P₀、溫度值T₀，通過真空泵抽氣，一段時(shí)間后關(guān)閉真空泵，通過易度流量計(jì)讀取壓力值P₁、溫度值T₁和累計(jì)標(biāo)況流量ΔV，先按照例1的方法計(jì)算出ΔV在P₀、T₀狀態(tài)下的體積ΔV₀，設(shè)異形容積為V₀，將兩個(gè)狀態(tài)下的溫度、壓力、體積分別帶入理想氣體狀態(tài)方程：

P₀V₀=nRT₀

P₁(V₀-ΔV₀)=nRT₁

聯(lián)立兩個(gè)方程，就可求解出異形容積V₀了。

你還知道哪些有趣的理想氣體狀態(tài)方程應(yīng)用案例呢？