【种花家务·物理】2-4-06理想气体『数理化自学丛书6677版』

 【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第四章气体的性质

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】 

4-6理想气体

【01】精确的实验表明，一切实际气体都只是近似地遵守玻意耳－马略特定律。例如，假定在1大气压下，表中所列的各种气体的体积都是1升，也就是说，它们的 PV 值都等于1；但是，在2大气压下，它们的体积并不恰好等于1/2升，也就是说，它们的 PV 值都不再准确地等于1了，而是象下表所示。

【02】压强越高，气体的浓度越大（也就是单位体积里的分子数越多），这种偏离也就越显著。当压强达到几百或几千大气压时，玻意耳－马略特定律就完全不再适用了。

【03】同样，盖·吕萨克定律和查理定律也只是近似地反映了实际气体的性质，下表中列出了各种气体的体胀系数和压强系数。从表中可以看出，不同气体的 β 值是不同的，γ 值也是不同的；而且同一种气体的 β 和 γ 值也并不相等。

【04】精确的测量还指出，每一种气体的 β 和 γ 值都不是固定不变的，而是跟测量时的温度和压强有关。但是由于这些差别十分微小，在一般的计算中都不加以考虑。

【05】虽然实际的气体都不严格符合这三个定律，但是，为了研究方便起见，可以假定有一种严格符合这三个定律的气体，这种气体就叫做理想气体。

【06】有许多实际气体，例如氢气、氧气、氮气、空气、氩气、氦气等，在通常的温度和压强下，能够较好地符合这三个定律（从上面的表中可以看出偏差很小），因此，可以把它们当作理想气体来处理；这样处理所得到的结果，不仅与实际情况相符合，而且还使问题大大地简化了。

【07】根据分子运动论，可以说明实际气体不严格符合三个定律的原因。我们就以玻意耳－马略特定律为例来进行分析。

【08】当压强很小时，气体分子间的距离比较大，这时可以忽略分子间的相互吸引力。但是，当压强很大时，分子比较接近，分子间的相互吸引力也增强。这样，就减小了气体分子朝器壁方向运动的速度，使气体对器壁的压强比不存在分子间的吸引力时来得小一些。

【09】此外，在剧烈压缩的气体中，分子本身的大小已经可以跟分子间的距离相比较，因此分子运动的自由空间也就比气体所占有的容积小，这样，分子到达器壁的飞行距离缩短，对器壁撞击的次数增多；因而压强要比根据玻意耳－马略特定律计算得出的更大一些。以上两种因素都使实际气体在压强较大时不能很好地符合玻意耳－马略特定律。

【10】实际气体所以不能很好地符合上述三个定律的根本原因是：(1)分子本身占有一定的空间，(2)分子之间有相互吸引力。

【11】因此，作为理想气体必须符合下列条件：(1)分子具有质量而没有体积；(2)分子之间除了在碰撞时有相互作用力以外，在任何其他情况下都没有相互作用力。正是因为实际上根本不存在这种气体，所以把这种气体称为理想气体。