理想气体定律及其状态方程

　　真空泵 真空气体方程 真空度计算 真空状态转换

　　所介绍的定律及相关公式是针对平衡状态下，符合理想气体的有关假设条件的前提下而得出的。由于在真空技术中研究的气体大多数处于常温和低压状态下，因此在工程计算中应用这些定律基本上是符合实际的。现就有关问题分述如下：

　　气体定律

　　气体的压力p(Pa)、体积V(m3)、温度T(K)和质量m(kg)等状态参量间的关系，服从下述气体实验定律：

　　1. 波义耳—马略特定律：一定质量的气体，当温度维持不变时，气体的压力和体积的乘积为常数。即：

　　pV=常数

　　2. 查理定律：一定质量的气体，当体积维持不变时，气体的压力与其绝对温度成正比，即：

　　上述三个公式习惯上称为气体三定律。具体应用方式常为针对由一个恒值过程连结的两个气体状态，已知3个参数而求第4个参数。例如：初始压力和体积为P1、V1的气体，经等温膨胀后体积变为V2，则由波义耳—马略特定律，即可求出膨胀后的气体压力为P2=P1V1/V2。这正是各种容积式真空泵最基本的抽气原理。

　　3. 道尔顿定律：相互不起化学作用的混合气体的总压力等于各种气体分压力之和，即：

　　P=P1+P2+……Pn

　　这里所说的混合气体中某一组分气体的分压力，是指这种气体单独存在时所能产生的压力。

　　道尔顿定律表明了各组分气体压力的相互独立和可线性叠加的性质。

　　4. 阿佛加德罗定律：等体积的任何种类气体，在同温度同压力下均有相同的分子数，或者说，在同温度同压力下，相同分子数目的不同种类气体占据相同的体积。

　　人们把1mol任何气体的分子数目NA叫做阿佛加德罗数，NA=6.022×1023mol-1。在标准状态下(P0=1.01325×105Pa，T0=0℃)，1mol任何气体的体积V0称为摩尔体积。

　　V0=2.24×10-2m3/mol

　　根据上述气体定律，可得到反映四个气体状态参量P、V、T、m之间定量关系的理想气体状态方程：

　　式中的M为气体的摩尔质量(kg/mol)，R为普适气体常数，R=8.31J/(mol.K)。在已知p、V、T、m四参量中的任意三个量时，可由求出另外一个量的值。例如,气体的质量m=PVM/RT。

　　一定质量的气体，由一个状态(参量值为P1、V1、T1)经过任意一个热力学过程(不必是恒值过程)变成另一状态(参量值为P2、V2、T2)，根据状态方程，可得

　　P1V1/T1= P2V2/T2

　　对气体状态方程进行变换，可得气体密度ρ(kg/m3)

　　为了考虑管道中流过的气体数量的多少，可以使用气体的质量流率qm(kg/s)，即单位时间内通过管道某一截面的气体质量。不过这两种流率不便于实际测量，因此工程中广泛使用的是单位时间内流过管道指定截面的气体体积，即体积流率qv(m3/s)。在气体压力为P的截面上，qv 、qm的关系为

　　如在200mbar，50oC下的空气，由流量计读出的体积流量为1000m3/h，则它的质量流量为216kg/h。体积流量转换为质量流量.doc

　　盖·吕萨克定律：一定质量的气体，当压力维持不变时，气体的体积与其绝对温度成正比。