你需要了解的氣體基本知識--理想氣體狀態方程

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

假設有這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓力下都能嚴格遵守氣體實驗規律，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（即內能只有分子動能，沒有分子勢能）、分子自身體積可以忽略。從這個定義我們可以知道，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律：

PV=nRT

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

這個結論對于氣體測量至關重要。然而理想氣體是不存在的，我們依然可以對常見氣體使用這個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。我們首先來看這個方程在氣體測量方面最重要的應用：通過工況體積計算標況體積。

例1.現有一容積50L的氣瓶充滿氮氣，測得此時氣瓶壓力為202.65kPa、溫度為25℃，計算這瓶氮氣在標況下（101.325kPa、25℃）體積是多少。

答：將兩種狀態下的溫度、壓力、體積分別帶入理想氣體狀態方程：

202.65×50=nR(273.15+25)

101.325×V=nR(273.15+25)

兩式相除，約掉nR，算出這瓶氮氣在標況下的體積是100L。

從這個例子里可以很直觀地感受到，壓力減小一半，體積增大兩倍。

我們再看一個更有趣的應用。

例2.怎樣測量一個異形容器的容積。

答：實驗在空氣環境下進行，實驗裝置如圖所示。實驗過程：通過易度流量計讀取壓力值P₀、溫度值T₀，通過真空泵抽氣，一段時間后關閉真空泵，通過易度流量計讀取壓力值P₁、溫度值T₁和累計標況流量ΔV，先按照例1的方法計算出ΔV在P₀、T₀狀態下的體積ΔV₀，設異形容積為V₀，將兩個狀態下的溫度、壓力、體積分別帶入理想氣體狀態方程：

P₀V₀=nRT₀

P₁(V₀-ΔV₀)=nRT₁

聯立兩個方程，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方程應用案例呢？