理想气体状态方程|大学物理

表示平衡态的三个参量p、V、T之间存在着一定的关系。我们把反映气体的p、V、T之间的关系式叫作气体的状态方程，一般可表示为

对于比较复杂的系统，状态参量之间的关系虽然找不到相应的简单表达形式，但常可以根据实验数据，用曲线或图表加以描述。

实验表明，一般气体在密度不太高、压强不太大（与大气压比较）和温度不太低（与室温比较）的实验范围内，遵守玻意耳（R.Boyle，1627—1691）定律、盖—吕萨克（Gay—Lussac，1778—1805）定律和查理（J.A.C.Charles，1746—1823）定律。应该指出，对不同气体来说，这三条定律的适用范围是不同的，不易液化的气体，如氮、氢、氧、氦等适用的范围比较大。实际上在任何情况下都服从上述三条实验定律的气体是没有的。我们把实际气体抽象化，提出理想气体的概念，认为理想气体能无条件地服从这三条实验定律。理想气体是气体的一个理想模型，我们在此处先从宏观上给予定义。当我们用这个模型研究气体的平衡态性质和规律时，还将对理想气体的分子和分子运动做一些基本假设，建立理想气体的微观模型。理想气体状态的三个参量p、V、T之间的关系即理想气体状态方程，可从这三条实验定律导出。当质量为M、摩尔质量为μ的理想气体处于平衡态时，它的状态方程为

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式中，R叫作普适用气体常量。在国际单位制中，R=8.31J·mol-1·K。

上面曾指出，一定质量气体的每一个平衡状态可用一组（p、V、T）的量值来表示，由于p、V、T之间存在着式（8—3）所示的关系，所以通常用p—V图上的一点表示气体的平衡状态。而气体的一个准静态过程，在p—V图上则用一条相应的曲线来表示。如图8—5所示，从Ⅰ到Ⅱ的曲线表示从初状态（p1、V1、T1）向末状态（p2、V2、T2）缓慢变化的一个准静态过程。

图8—5　平衡状态和准静态过程的示意图