趣味几何学：1吨重氢气的体积与压力的研究

这个体积只有约1立方毫米，只是1立方厘米的千分之一。所以分子之间的空隙很大，要远远大于分子的直径，分子运动的空间也很大。是的，分子并不是静止的，而是不断在自己的空间里运动着，氧气、二氧化碳、氢气、氮气和其他的一些气体在工业上有很大用途，所以就要用很庞大的贮存器把这些气体大量贮存起来。比如说在正常压力下，1吨（1 000千克）的氮气的体积为800立方米，那么想要贮存1吨纯氮气，就要用体积为8×10×10立方米的容器。要贮存1吨纯氢，就需要体积为10 000立方米的容器。

能不能使这些气体分子之间更密集些？是的，工程师们借助压缩技术把这些气体变得更加紧密，但不是一件很简单的事情。因为你用一股力量压向气体时，它也会用同样的力量压向容器的四壁，这就要求容器的四壁非常坚固，还不能被气体的化学反应所腐蚀。用合金钢材制成的最新型的化学容器就可以做到这些。

现在，工程师可以把氢气的体积压缩为原本体积的，那么原本在一个大气压下1吨的氢气要占10 000立方米的体积，压缩后只要9立方米的钢筒就足够用了（图11-3）。(www.xing528.com)

图11-3 1吨重的氢气在一个大气压（左）和5 000个大气压下（右）的体积对照图（图中比例仅供参考）

要施加多大的压力才能把氢气原本的体积压缩为它的？物理学家说，压力增加多少倍，气体的体积就会缩小多少分之一，你可能会说，加到氢气上的压力增加为1 163倍，这是正确的吗？当然不是，钢瓶里的氢气要承受5 000个大气压力，说明这个压力并不是增加为1 163倍,而是5 000倍。因为气体体积变化与压力成反比的情况只是在压力不太大的情况下，而不适用于压力非常高的情况下。例如在化工厂里给1吨重的氮气加1 000个大气压，那么1吨重的氮气的体积会被压缩为1.7立方米，但在不正常大气压下则为800立方米。再继续加压至5 000个大气压或把压力增加到5倍，那么氮气的体积只缩小到1.1立方米。