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理想氣體符合什么要求?
發(fā)布時(shí)間:2024-07-10 瀏覽:  次

  說(shuō)明一下,本節(jié)及以后幾節(jié)中所介紹的定律和公式,是針對(duì)平衡狀態(tài)下的理想氣體得出的。

      不過(guò),常溫(與室溫相比)低壓(相對(duì)大氣壓而言)下的各種氣體都可以看作是近似程度相當(dāng)好地理想氣體,因此,我們可以放心地把這些定律和公式應(yīng)用于真空工程的絕大部分計(jì)算之中。

        這其中包括通常所涉及到的各種氣體,甚至于接近飽和的蒸汽(如水蒸汽);也包括各類(lèi)氣體狀態(tài)過(guò)程,甚至于明顯的非平衡狀態(tài)(如氣體的流動(dòng)過(guò)程)。

  氣體的壓力p(Pa)、體積V(m3)、溫度T(K)和質(zhì)量m(kg)等狀態(tài)參量間的關(guān)系,服從下述氣體實(shí)驗(yàn)定律:

  1、波義耳~馬略特定律:一定質(zhì)量的氣體,若其溫度維持不變,氣體的壓力和體積的乘積為常數(shù)

  pV = 常數(shù) (1)

  2、蓋·呂薩克定律:一定質(zhì)量的氣體,若其壓力維持不變,氣體的體積與其絕對(duì)溫度成正比

  V/T = 常數(shù) (2)

  3、查理定律:一定質(zhì)量的氣體,若其體積維持不變,氣體的壓力與其絕對(duì)溫度成正比。

  p/T = 常數(shù) (3)

  上述三個(gè)公式習(xí)慣上稱(chēng)為氣體三定律。具體應(yīng)用方式常為針對(duì)由一個(gè)恒值過(guò)程連結(jié)的兩個(gè)氣體狀態(tài),已知3個(gè)參數(shù)而求第4個(gè)參數(shù)。例如:初始?jí)毫腕w積為P1、V1,的氣體,經(jīng)等溫膨脹后體積變?yōu)閂2,則由波義耳--馬略特定律,可求得膨脹后的氣體壓力為P2 = P1V1/V2。這正是各種容積式真空泵最基本的抽氣原理。

  4、道爾頓定律:相互不起化學(xué)作用的混合氣體的總壓力等于各種氣體分壓力之和。

  P = P1 + P2+····+ Pn (4)

  這里所說(shuō)的混合氣體中某一組分氣體的分壓力,是指這種氣體單獨(dú)存在時(shí)所能產(chǎn)生的壓力。

  道爾頓定律表明了個(gè)組分氣體壓力的相互獨(dú)立和可線性疊加的性質(zhì)。

  5.阿佛加德羅定律:等體積的任何種類(lèi)氣體,在同溫度同壓力下均有相同的分子數(shù);或者說(shuō),在溫度同壓力下,相同分子數(shù)目的不同種類(lèi)氣體占據(jù)相同的體積。1mol任何氣體的分子數(shù)目叫做阿佛加德羅數(shù),NA = 6.022×1023mol-1。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(po = 1.01325×105Pa,To = 0oC),1mol任何氣體的體積稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積,Vo = 2.24×10-2m3mol-1。

  根據(jù)上述氣體定律,可得到反映氣體狀態(tài)參量p、V、T、m之間定量關(guān)系的理想氣體狀態(tài)方程:

  pV = m/M(RT) (5)

  式中的M為氣體的摩爾質(zhì)量(kg/mol),R為普適氣體常數(shù),R=8.31J/(mol·K)。在已知p、V、T、m四參量中的任意三個(gè)量時(shí),可由此式求出另外一個(gè)值。例如氣體的質(zhì)量m = pVM/(RT)

  一定質(zhì)量的氣體,由一個(gè)狀態(tài)(參量值為p1、V1、T1)經(jīng)過(guò)任意一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程(不必是恒值過(guò)程)變成另一狀態(tài)(參量值為p2、V2、T2),根據(jù)狀態(tài)方程,可得到關(guān)系式:p1V1/T1 = p2V2/T2 (6)

  對(duì)(5)變換,還可計(jì)算單位體積空間內(nèi)的氣體分子數(shù)目和氣體質(zhì)量,即氣體分子數(shù)密度n(m-3)和氣體密度p(kg/m3)

  n = mNA/MV = pNA/RT = p/kT (7)

  p = m/V = pM/RT (8)

  系數(shù)k = R/NA = 1.38×1023J/K 稱(chēng)為波爾茲曼常數(shù)。

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