热物理学

气体定律

研究一定量气体在等温、等压和等容过程中压强、体积与温度的关系。

气体定律描述某一状态量保持不变时平衡态如何变化。温度必须使用开尔文绝对温度 $T$；不能直接把摄氏温度代入比例式。

正确读图

在 $p$–$V$ 图上，理想气体等温线为双曲线 $p=nRT/V$；等容线竖直，等压线水平。路径表示经过的状态，并不表示随时间变化的快慢。

快速测验

每条气体定律描述同一固定量气体的一种特定变化。等温表示绝对温度不变，因此 $pV$ 不变；压缩气体会使体积减小、压强增大。等压时压强不变，体积正比于开尔文温度。等容时体积不变，压强正比于开尔文温度。图像可帮助识别约束：$p$—$V$ 平面上的等温线是双曲线，等压线是水平线。综合关系式 $p_1V_1/T_1=p_2V_2/T_2$ 概括了固定量气体的变化，但不表示所有变量都可独立改变。使用前应确认哪个量保持不变，求比值时把摄氏温度换成开尔文，并确保两个状态的单位一致。这些定律都可由理想气体状态方程推出。

例如，将 100 kPa、4.0 L 的气体等温压缩至 2.5 L，得到 $p_2=p_1V_1/V_2=160$ kPa。相同量的气体被限制在更小体积内，因此压强上升；状态比中不能使用摄氏温度。