氣體的特點是無一定形狀,也無一定體積,氣體能無限地膨脹而完全充滿于任何體積的容器中;氣體又能均勻地混合,數(shù)種不同種類的氣體,不管其比例如何都能混合成一均勻狀態(tài)。
物質(zhì)的氣體狀態(tài)由壓強、體積和溫度三個因素來決定。當氣體壓縮時,壓強增加,體積縮小,溫度升高;當氣體膨脹時,壓強降低,體積增大,溫度降低。
可以用氣體的基本定律來概括氣體狀態(tài)變化的一些規(guī)律。
一、波義耳—馬略特定律:一定質(zhì)量的氣體,在恒溫下,氣體的壓強與其體積的乘積為常數(shù)。這定律說明當溫度因素不變時,壓強與體積的關(guān)系,可以表示為:
P1V1=P2V2=常數(shù)
P1,V1表示變化前氣體的壓強和體積,
P2,V2表示變換后氣體的壓強和體積。
二、蓋·呂薩克定率:一定質(zhì)量的氣體,在恒壓下,氣體的體積與其絕對溫度成正比。這定律說明當壓力因素不變時,體積與溫度的關(guān)系??梢员硎緸椋?/ymb>
V=常數(shù)×T
V表示氣體的體積。
T表示絕對溫度,
三、道爾頓定律:不相互起化學(xué)作用的混合氣體的總壓強等于各氣體分壓強的總和,這定律表明幾種氣體在一定時的壓強關(guān)系,可一表示為:
P=P1+P2+Pn
P表示混合氣體的總壓強。
P1……………Pn表示各氣體的分壓強。
四、阿佛加德羅定律:等體積的任何種類氣體,在同溫度和同壓強下均有相同的分子數(shù)。例如每立方厘米的氣體在1大氣壓和20℃的情況下分子數(shù)為:2.69×1010個。
氣體的基本定律適用于氣體,對于蒸汽不一定適用。
氣體分子的平均自由程也是氣體分子運動的一個參數(shù),氣體的壓強也可以理解為氣體分子對容器壁碰撞的結(jié)果。事實上氣體分子運動不僅碰撞容器壁,而且還發(fā)生氣體分子間的互相碰撞。我們把氣體分子二次碰撞間經(jīng)歷的平均距離叫做氣體分子間的平均自由程。
平均自由程與氣體的濃度、壓強有關(guān),濃度大,壓強大時分子間很容易碰撞,因而平均自由程就??;濃度小,壓強小時分子間比較不容易碰撞,因而平均自由程就大。
在常溫和常壓下,由于空氣分子的平均自由程很小,從液體蒸發(fā)出來的分子或從固體升華出來的分子,很容易與氣體分子碰撞而返回到原來液體或固體的表面,因此蒸發(fā)和升華的速度很慢。隨著真空度的升高,氣體分子變得越來越稀,分子的平均自由程逐漸增大,于是分子間的碰撞將較少發(fā)生,這時液體的蒸發(fā)速度和固體的升華速度將迅速增加,大量的分子將會從蒸氣源飛離出來,甚至形成蒸汽流。另外,在真空較高的情況下,由于氣體的分子較少,分子間的碰撞很少發(fā)生,所以氣體的對流就不可能形成,因此在真空度較高的情況下,依*對流的熱量傳遞方式將減少甚至消失;依*氣體分子的熱傳導(dǎo)也將減少甚至消失。這時,真空系統(tǒng)內(nèi)依*固體的熱傳導(dǎo)和輻射仍然存在。
實驗指出,當真空達到幾十微米汞柱數(shù)值時,氣體分子的熱傳導(dǎo)和對流可以忽略不計,這時熱量的傳遞依*固體的傳導(dǎo)和輻射進行,而真空度上升到幾百微米汞柱數(shù)值時,通過氣體分子的熱傳導(dǎo)和對流立即變得顯著起來。
當氣體在導(dǎo)管內(nèi)流過時,它總是受到一定的阻礙,在壓強較高時它主要消耗于氣流各層間的內(nèi)摩擦;在壓強較低時它消耗于氣體分子與四壁的碰撞過程。當管道粗、短、直時則流動的阻礙就較小。
(供稿:駿騰機電/quill))