氣體的特點(diǎn)是無(wú)一定形狀,也無(wú)一定體積,氣體能無(wú)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(lèi)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(qiáng)、體積和溫度三個(gè)因素來(lái)決定。當(dāng)氣體壓縮時(shí),壓強(qiáng)增加,體積縮小,溫度升高;當(dāng)氣體膨脹時(shí),壓強(qiáng)降低,體積增大,溫度降低。
可以用氣體的基本定律來(lái)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(qiáng)與其體積的乘積為常數(shù)。這定律說(shuō)明當(dāng)溫度因素不變時(shí),壓強(qiáng)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(qiáng)和體積,
P2,V2表示變換后氣體的壓強(qiáng)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(duì)溫度成正比。這定律說(shuō)明當(dāng)壓力因素不變時(shí),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(duì)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(qiáng)等于各氣體分壓強(qiáng)的總和,這定律表明幾種氣體在一定時(shí)的壓強(qiáng)關(guān)系,可一表示為:
P=P1+P2+Pn
P表示混合氣體的總壓強(qiáng)。
P1……………Pn表示各氣體的分壓強(qiáng)。
四、阿佛加德羅定律:等體積的任何種類(lèi)氣體,在同溫度和同壓強(qiáng)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(gè)。
氣體的基本定律適用于氣體,對(duì)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(yùn)動(dòng)的一個(gè)參數(shù),氣體的壓強(qiáng)也可以理解為氣體分子對(duì)容器壁碰撞的結(jié)果。事實(shí)上氣體分子運(yùn)動(dòng)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(qiáng)有關(guān),濃度大,壓強(qiáng)大時(shí)分子間很容易碰撞,因而平均自由程就??;濃度小,壓強(qiáng)小時(shí)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(lái)的分子或從固體升華出來(lái)的分子,很容易與氣體分子碰撞而返回到原來(lái)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(lái)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(shí)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(huì)從蒸氣源飛離出來(lái),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(duì)流就不可能形成,因此在真空度較高的情況下,依*對(duì)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(shí),真空系統(tǒng)內(nèi)依*固體的熱傳導(dǎo)和輻射仍然存在。
實(shí)驗(yàn)指出,當(dāng)真空達(dá)到幾十微米汞柱數(shù)值時(shí),氣體分子的熱傳導(dǎo)和對(duì)流可以忽略不計(jì),這時(shí)熱量的傳遞依*固體的傳導(dǎo)和輻射進(jìn)行,而真空度上升到幾百微米汞柱數(shù)值時(shí),通過(guò)氣體分子的熱傳導(dǎo)和對(duì)流立即變得顯著起來(lái)。
當(dāng)氣體在導(dǎo)管內(nèi)流過(guò)時(shí),它總是受到一定的阻礙,在壓強(qiáng)較高時(shí)它主要消耗于氣流各層間的內(nèi)摩擦;在壓強(qiáng)較低時(shí)它消耗于氣體分子與四壁的碰撞過(guò)程。當(dāng)管道粗、短、直時(shí)則流動(dòng)的阻礙就較小。
(供稿:駿騰機(jī)電/quill))