第十五章 气 体

一、气体的状态和状态参量

研究物理学问题，经常要用一些物理量来描述研究对象。问题不同， 所用的物理量也不同。在力学中用位移、速度等物理量来描述物体的运动。现在研究气体的热学性质，要用体积、压强、温度等物理量来描述气体的状态。描述气体状态的这几个物理量叫做气体的状态参量。

温度 温度是表示物体冷热程度的物理量。从分子动理论的观点来看，温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度。温度越高，物体内部分子的热运动越剧烈。我们在初中学过摄氏温标，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度，用 t 表示。它的单位是摄氏度，符号是℃。在国际单位制中，以热力学温标表示温度，这种温标将在第三节介绍。

体积 气体分子可以自由移动，因而气体总要充满整个容器。气体的体积就是指气体所充满的容器的容积。在国际单位制中，体积的单位有米 3、分米 3、厘米 3 等。日常生活和生产中还常用升作单位，升的符号是 L。

1 升=10-3 米 3=1 分米 3。

压强 气体对器壁有压力，这是气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。用打气筒把空气打到自行车的车胎里去，会把车胎胀得很硬，就是因为空气对车胎有压力而造成的。气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强。在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕，符号是 Pa。1 帕

=1 牛/米 2。①

在图 15－1 中，容器内的气体被活塞封闭着，当活塞静止不动时，容器内的气体对活塞的压力跟大气压对活塞的压力平衡，容器内气体的压强p 等于大气压 p0，即 p=p0。

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图 15—1

在图 15－2 中，用长为 h 的一小段水银柱把气体封闭在玻璃管里。玻璃管水平放置时（图甲），被封闭的气体的压强 p1 等于大气压 p0，即 p1

＝P0。玻璃管开口向上竖直放置时（图乙），气体的压强 p2 等于大气压 p0 加上这小段水银柱产生的压强 ph，即 p2=p0＋ph。玻璃管开口向下竖直放置时（图丙），气体的压强 p3 加上这小段水银柱产生的压强 ph 等于大气压 p0， 即 p3＋ph=p0，由此得到 p3=p0-pg。

举出气体对器壁有压力作用的几个实例。

一定质量的气体，它的温度、体积和压强这三个量的变化是互相关联的。把一定质量的气体压缩到钢筒里，气体的体积缩小，同时压强增大， 温度上升。燃气在气缸里工作的时候，体积膨胀，同时压强减小，温度降低。对于一定质量的气体来说，如果温度、体积和压强这三个量都不改变， 我们就说气体处于一定的状态中。如果三个量中有两个发生了改变，或者三个都发生了改变，我们就说气体的状态发生了改变。

一定质量的气体的状态发生变化时，这三个物理量的变化遵循什么规律呢？下面就来研究这个问题。

举出气体状态发生改变的几个实例。

在物理学中，当需要研究两个以上物理量间的关系时，往往先分别研究其中两个量间的关系（保持其他量不变），然后综合起来得出所要研究的那几个物理量之间的关系。这一章中，我们用实验方法先研究一定质量的气体在分别保持温度、体积不变时， 其他两个量的变化规律，然后确定三个状态参量的变化规律。