国际热力学温标及其应用

1.气体的状态参量

在力学中我们用位置矢量和速度矢量来描述质点的运动状态。而对于气体，位置矢量和速度矢量只能用来描述分子的运动状态，不能描述整个气体的状态。由大量分子组成的一定量气体，其状态可用气体的体积V、压强p和温度T来描述。这些描述状态的参量，叫作状态参量。

1）气体的体积

在描述气体的三个状态参量中，气体的体积是气体分子所能达到的空间，与气体分子本身体积的总和是完全不同的；当气体盛在密闭容器中时，气体的体积即为容器的容积。

在国际单位制中，体积的单位是立方米，符号是m3。常用的体积单位还有L、dm3、cm3等，它们之间的换算关系是

2）气体的压强

气体的压强是气体作用在容器壁单位面积上的指向器壁的垂直作用力，是气体分子对器壁碰撞的宏观表现。

在国际单位制中，压强的单位名称是帕斯卡，简称帕，符号是Pa，且

通常，人们把45°纬度海平面处测得0℃时大气压的值（1.013×105Pa）称为标准大气压。即

3）气体的温度

温度的概念比较复杂，微观上反映了物体中分子热运动的剧烈程度，宏观上表示物体的冷热程度，并规定较热的物体有较高的温度。要想定量地确定一物体的温度，必须对不同的温度给以具体的数量的标志，温度的数值表示方法称为温标。各种各样温度计的数值都是由各种温标决定的。国际上规定热力学温标为基本温标，以这个温标确定的温度就是热力学温度，用符号T表示。

热力学温度的单位为开尔文，它是国际单位制中7个基本单位之一，简称开，符号是K。

另外，摄氏温标是我们常用的温标，以这个温标确定的温度就是摄氏温度，用符号t表示，其单位为摄氏度，符号是℃。热力学温度T和摄氏温度t的关系为

2.平衡态(www.xing528.com)

把一定质量的气体装在一给定体积的容器中，经过一段时间以后，容器中各部分气体的压强相等、温度相同。此时气体的三个状态参量都具有确定的值，可以用一组p、V、T值来表示。如果容器中的气体与外界之间没有能量和物质的传递，气体的能量也没有转化为其他形式的能量，则气体的状态参量将不随时间变化。这种在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态，叫作平衡态。

当然，在实际中不可能存在完全不受外界影响，并且宏观性质绝对保持不变的系统，所以平衡态只是一个理想的概念，它是在一定条件下对实际情况的概括和抽象。严格的平衡态在实际中是不存在的，然而，若气体的状态变化很微小，以致可以略去不计时，就可以把气体的状态看成是近似平衡态。本章所讨论的气体状态，除特别声明外，指的都是平衡态。

平衡态除了由一组状态参量来表示之外，还常用状态图中的一个点来表示。比如给定的理想气体，其一个平衡态可由p-V图中对应的一个点来代表（或p-T图、V-T图中一个点），不同的平衡态对应于不同的点。一条连续曲线代表一个由平衡态组成的变化过程，曲线上的箭头表示过程进行的方向，不同曲线代表不同过程，如图8-1所示。

图8-1　平衡态示意图

3.理想气体的状态方程

对处于平衡态的一定量气体来说，当其状态参量中任意一个参量发生变化时，其他两个参量一般也将随之改变。但这三个状态参量也必有一定的关系，即其中一个量是其他两个量的函数，如

这个方程就是一定量的气体处于平衡态时的气体状态方程。一般来说，这个方程的形式是很复杂的，它与气体的性质有关。

任何一个物理定律都有一定的适用范围。一定量的气体，在温度不太低（与室温相比）、压强不太高（与大气压相比）的实验条件下可总结出三条实验定律，即（1）玻意耳定律：当T为常量时，pV=C1；（2）盖吕萨克定律：当P为常量时，V/T=C2；（3）查理定律：当V为常量时，p/T=C3。（C1、C2、C3为常数）设想有这样一种气体，它在任何情况下都遵守上述三条实验定律和阿伏伽德罗定律，这种气体叫作理想气体。理想气体也是一种理想模型。

由气体的三条实验定律和阿伏伽德罗定律可得平衡态时，理想气体的状态方程为

应用式（8-1）时应注意各物理量的含义及单位。p、V、T三个状态参量的含义及单位已在前面介绍。

在国际单位制中，气体的质量m′的单位是g；M为气体的摩尔质量，单位是g·mol-1；ν为气体的物质的量，，单位为mol；R为普适气体常数，R=8.31 J·mol-1·K-1。

在常温常压下，实际气体都可近似地当作理想气体来处理。