結構工程師基礎知識輔導:理想氣體(1)

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理想氣體
    波義耳定律
    V=k/P
    V是指氣體的體積
    P指壓強
    k為一常數(shù)
    這個公式又可以繼續(xù)推導,理想氣體的體積與壓強的乘積成為一定的常數(shù),即:
    PV=k
    如果在溫度相同的狀態(tài)下,A、B兩種狀態(tài)下的氣體關系式可表示成:
    PAVA=PBVB
    習慣上,這個公式會寫成:
    p2=p1V1/V2
    氣態(tài)方程全名為理想氣體狀態(tài)方程,一般指克拉珀龍方程:pV=nRT.其中p為壓強,V為體積,n為物質(zhì)的量,R為普適氣體常量,T為絕對溫度(T的單位為開爾文(字母為K),數(shù)值為攝氏溫度加273.15,如0℃即為273.15K)。
    當p,V,n,T的單位分別采用Pa(帕斯卡),m3(立方米),mol,K時,R的數(shù)值為8.31.該方程嚴格意義上來說只適用于理想氣體,但近似可用于非極端情況(低溫或高壓)的真實氣體(包括常溫常壓)。
    克拉珀龍方程的來源
    波義耳-馬略特定律:在等溫過程中,一定質(zhì)量的氣體的壓強跟其體積成反比。即在溫度不變時任一狀態(tài)下壓強與體積的乘積是一常數(shù)。即p1V1=p2V2.
    蓋·呂薩克定律:一定質(zhì)量的氣體,在壓強不變的條件下,
    溫度每升高(或降低)1℃,它的體積的增加(或減少)量等于0℃時體積的1/273.
    查理定律指出,一定質(zhì)量的氣體,當其體積一定時,它的壓強與熱力學溫度成正比。即
    P1/P2=T1/T2或pt=P′0(1+t/273)
    式中P′0為0℃時氣體的壓強,t為攝氏溫度。
    綜合以上三個定律可得pV/T=恒量,經(jīng)實驗可得該恒量與氣體的物質(zhì)的量成正比,得到克拉珀龍方程。
    理想氣體狀態(tài)方程式的推導過程
    首先對于同樣摩爾質(zhì)量n=1的氣體
    有三個方程,PV=C1,P/T=C2,V/T=C3
    然后三個相乘,有(PV/T)^2=C1*C2*C3 [不能直接相乘]
    所以PV/T=根號(C1*C2*C3)=C(C為任意常數(shù))
    然后取一摩爾的任意氣體,測出P,V,T,算出常數(shù)C,
    例如在0度,即T=273K,此時大氣壓若為P=P0,則V=22.4 L,
    算出定之為R,然后,當n增大后,保持P、T不變,則V‘變?yōu)閚*V,所以有PV’=P(nV)=nRT
    在任何容器內(nèi)的氣體混合物中,如果各組分之間不發(fā)生化學反應,則每一種氣體都均勻地分布在整個容器內(nèi),它所產(chǎn)生的壓強和它單獨占有整個容器時所產(chǎn)生的壓強相同。也就是說,一定量的氣體在一定容積的容器中的壓強僅與溫度有關。