气体

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氣體、液體、固體(由上而下)不同的分子、原子結構。

气体是四种基本物质状态之一(其他三种分别为固体液体等离子体)。气体可以由单个原子(如稀有气体)、一种元素组成的单质分子(如氧气)、多种元素组成化合物分子(如二氧化碳)等组成。气体混合物可以包括多种气体物质,比如空气。气体与液体和固体的显著区别就是气体粒子之间间隔很大。这种间隔使得人眼很难察觉到无色气体。气体与液体一样是流体:它可以流动,可变形。与液体不同的是气体可以被压缩。假如没有限制(容器或力场)的话,气体可以扩散,其体积不受限制,沒有固定。气态物质的原子分子相互之间可以自由运动。气态物质的原子或分子的动能比较高。

物理性质[编辑]

Drifting 的颗粒提供了周围气体运动的线索。

因为大多数气体很难直接观察,他们常被通过其四个物理属性宏观性质来描述:压强体积粒子数目(化学家用摩尔来表示)和温度。这四个属性被许多科学家(如罗伯特·波义耳雅克·查理英语Jacques Charles约翰·道尔顿约瑟夫·路易·盖-吕萨克阿莫迪欧·阿伏伽德罗等)通过不同的气体和不同的设置来反复观察过。他们的仔细研究最终形成了描述这些属性的数学关系的理想气体定律

宏观属性[编辑]

当观察气体时,一般会指明参考物或长度尺度较大的长度尺度对应着气体的宏观属性或是总体看法。其范围(可指体积)至少要能容纳大量的气体粒子。对如此采样尺寸的气体的统计分析会得到样品内所有气体粒子的平均属性(例如速度,温度,压强等)。相反,一个较小的参考长度尺度对应着气体的微观属性或是粒子层面的看法。

压强[编辑]

在公式中常用"p""P"来表示气体压强,其单位则常为国际单位制中的帕斯卡(Pa)。

温度[编辑]

空气团在浸入液后缩小。

在公式中常用"T"来表示气体温度,其单位则常为国际单位制中的开尔文(K)。

比容[编辑]

在公式中常用"v"来表示气体比容,其单位则常为国际单位制中的立方米每千克(m3/kg)。表示气体体积常用"V",其单位常为立方米(m3)。

密度[编辑]

在公式中常用ρ来表示气体密度,其单位则常为国际单位制中的千克每立方米(kg/m3),为比容的倒数

微观属性[编辑]

分子运动论[编辑]

分子运动论通过考虑气体颗粒的成分和运动来对气体的宏观属性提供一个内在的视角。

布朗运动[编辑]

分子间作用力[编辑]

当气体被压缩时,分子间作用力开始显示更大的作用。

气体颗粒间短暂的吸引(或排斥)对气体动力学会有影响。在物理化学中,给这类分子间作用力一个名称叫“范德华力”。这种力在决定气体的物理属性(比如粘性流速)时很重要。在特定条件下(参见分子动力学理论)忽略这种力使得真实气体可以被当作理想气体看待,从而可以使用理想气体定律做简化计算。

简化模型[编辑]

理想氣體[编辑]

理想氣體為假想的气体。其特性為:

  • 氣體分子間無作用力
  • 氣體分子本身不占有體積
  • 氣體分子與容器器壁間發生完全彈性碰撞

真實氣體在愈低壓、愈高溫的狀態,性質愈接近理想氣體。最接近理想氣體的氣體為氦氣

真实气体[编辑]

历史成果[编辑]

氣體形態可通過其體積溫度和其壓强所影響。這幾項要素構成了多項氣體定律,而三者之間可以互相影響:

波以耳定律[编辑]

波义耳的实验装置

波以耳定律是指在一定溫度下,氣體體積增大時,其壓强必減小。這可用以下公式表達:

V=\frac{k}{P}

這裡

  • V 是指氣體的體積
  • P 指壓强
  • k 為一常數

查理定律[编辑]

查理定律是指當壓力保持固定時,氣體體積與其溫度成正比。即是氣體溫度一增加,其體積也隨之而增大。其数学表达式为:

{V_1 \over T_1} = {V_2 \over T_2}

這裡

  • V 是指氣體的體積
  • T 指溫度,單位為絕對溫標K


参见[编辑]

固體融化液體氣化氣體


固體凝固液體液化氣體


氣體昇華固體凝華氣體


参考文献[编辑]