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氣體的柢念 我不不運動論的觀點,物體分于間存在者吸引1力,這將似物體分天不的 灣想對,公子網又公產生推后力,,他分子他迎為拉開。一般糧的吃你分子阿的旺路故大,且分不的m看 很小,按服萬有 1力定你可知,一體分子問的作用力是很小的。 為了研究方他,我們證塔您略氣你分手的的作用方。所開理想公體,就是分子向設有相互作用力的氣 體。 由于理想氣體分于問沒有作用力,二T體分子可以自曲運動,遊成氣體沒有一定的,狀,體積在沒有州 力的情況下,具有無限擴妝的性質。 因為氣休分子同的距高很大,一氣體在外力作用下具有易東縮性的特點。自然界的氣休業然非究全應義 上理想氣休,但我們把亡看作理想氣體來研究,按理想一休理論推號出的有關二體定徘進行計鮮,所科的 結論誤鑒很小。故我們在有興氣體定徘的計領中,都把文際的氣體不做足理想“體。這樣處理可大大簡化 研究過程。 二、 氣體的狀態參量 對于一定質的一休,我們常用氣體的體積(w、樂強(D)和溫度(T)米描述其狀態,這三個量稱為氣質 的狀態參量。 由于氣體可以自由移動,所以具有充滿整個容器的性質。因此氣體的體積由容器的容積來決定。氣佛 體積的法定單位為立方米(m、立方厘米(cm?)和升(心)等。 溫度是用來表示物體冷熱程度的物理量。我們常用的溫度是投氏溫度。在氣體定律的計算時不能尋後 用攝氏溫度,而應使用熱力學溫度《或叫 溫度)。其單位是開爾文,簡稱開(K)。 溫度(T)和攝氏溫度()之間的關系為 T= t+273 從上式可看出,t--273°C時, 溫度T=OK。我們把這時的溫度叫 零度。 壓強在氣體定律的計算中用的是 壓強。相對壓強不能直接代入氣體定律公式中計算。三、理想氣體的氣態方程 對于一定質量的氣體,如果三個狀態參量P、V和工都不改變,我們說氣體處于某一狀態。如果這三 個量或任意二個量同時變化,我們說氣體的狀態改變了。 實驗證明:一定質量的理想氣體,它的壓強和體積的乘積與 溫度的比,在狀態變化時始終保持不 變,即:-征量 政一“-號興 (2-6) 我們把 2-6 式稱為理想氣體的氣態方程。 式中P、V、工分別為 種狀態的壓強、體積和 溫度;P2、V.工,分別為第二種狀態的壓強, 體積和 溫度。 氣態方程描述了氣體壓強、體積和 遏度之間的變化規律 對于一定質量的氣體,如果壓強、體積和 溫度三個量中一個量保持不變,那么根據2-6 式可以分 別得出,其余兩個量之間的關系。 (一)波義耳一馬咯特定律 氣體狀態交化時,溫度保特不變的過程叫做等溫過程。根據 2-6 式,當工=巧,時 P V=P,V,=恒量 (2-7) 即: 一定質量的氣體,在溫度保持不變時,氣體的壓強與體積成反比 這個規律是 17 世紀,由英國科學家波義耳和法國科學家馬路特分別發現的。我們把2-8 式稱為波義耳 -馬略特定律, (二)萱?呂薩克定律 氣體狀態變化時,壓強保持不交的過程叫做等壓過程。根據 2-6式,當P=P2時, -常 2=恒 (2-8) 即: 一定質量的氣體,在壓強保持不變時,氣體的體積與 溫度成正比。 這個規律由法國科學家蓋 ?呂薩克早發現。我們把2-8式稱為蓋 ?呂薩克定律。 (三)查理定律 氣體狀態變化時,體積保持不變的過程叫等壓過程。 根據2-6式,當 V-V時, 號-證址 (2-9) 即: 一定質量的氣體,在體積保持不變時,氣體的壓強和 溫度成正比。 這個規律由法國科學家查理首次發現。我們把2-9式稱為查理定律。 例2.3 將常壓下 31m°的空氣(溫度23C),壓入容積為 8m° 真空的加壓艙內,這時艙上壓力表指到 0.3MPa。 問艙內空氣的溫度為多少? 解:常壓空氣的 壓強為 0.1MPa,艙內空氣的壓強 0.3MPa 是相對壓強。在空氣的壓縮過程中,質 量保持不變,可運用2-6式。 己知:PI=0.1MPa VI= 31m" TI=23+273=296K P,=0.3+0.1=0.4MPa V2=8m? 求:T 根據 2-6 式Tz= Pa: V2. T, P?V -2.12號 ×296-=305.5CK) ?2= Ta-273=32.5(C) ?艙內空氣溫度升到 32.5°C。例2.4 自攜式潛水員,下水前用壓力表測得氣瓶壓強為 12MPa,瓶內空氣為 50°C,現潛入 20m 水深 處,水溫為 10°C。問潛水員到達水底時氣瓶內空氣的相對壓強為多少? 解:潛水員從水面到達水底的過程中,需不斷呼吸,消耗瓶內壓縮空氣,也就是說瓶內空氣的質量非 恒定,2-6 式已不適用。但如果潛水員快速到達水底,我們可以忽略瓶內空氣質量的減少,即近似認為值 定,這樣2-6式仍可近似使用。同時,因潛水員快速到達水底,瓶內空氣的溫度也不可能同步降至水溫, 但為了計算方便,我們近似認為潛水員到達水底,其瓶內氣溫亦降至水溫。 己知:p= 12+0.1=12.IPa T,=50+273=323K 12=10+273=283K VI=V 求:p2 根據29武號一號 可得:Py= 31. T2=12] ×283=10.6(MPa) ??相對壓強=P2-0.1=10.5(MPa) 例2.5 自攜式潛水員,在水下 20m 水深處,深呼吸吸足壓縮空氣,然后取下呼吸器,屏氣上升出水, 問到達水面時,其肺部體積為水下 20m 時的多少倍? 解:潛水員在 20m 水深時,其肺部承受到壓強與靜水壓強及水面大氣壓強之和相等。出水后,與大氣 壓強相等。因是屏氣出水,肺部內空氣的質量保持不變。 如果我們不考慮水溫和氣溫的差異,則可運用2-7 式計算, 己知:P,=P 0+0.1=0.01×20+0.1=0.3MPa P2=0.1MPa TI=T? 得:V PI = 0.3=3 即:V,=3V1 Pa 0.1 ?出水后肺部的體積是水下 20m 時的三倍。 從這個例題可以知道:這種屏氣出水是相當危險的,肺部過度膨賬會引起肺氣壓傷。正確的出水方法 是出水過程不斷呼出肺部氣體,隨深度的減少,肺部內存量氣體的質量不斷減少,這樣到達水面時,肺高 體積不會出現明顯膨胩。
氣體在液體中的溶解 一種“T體與一種液體相接觸,氣體分子便街助自身的運動而進入到液體內。這就是氣體在液體中的溶 解。 某些乞體比其它氣體容易浴解在同一種液中,同一種么體在不同的液體中溶解的數量不相同, 在一定的過度下,0.IMPa一種氣體,溶解于1老開共液體中的花升數,稱為該氣體在這種液體內的溶 解系數。 溶解系數大,表明氣體在液體中的溶解量多,反之則少。 響氣體在液體中的溶解量的因素很多。主要的因素有:(1)氣體本身的特性:(2)液體的特性:(3) 氣體和液體的溫度:(4)氣體的分壓, 由于溫度越高,分子的運動速度越大,故溫度越高,氣體越難浴解于液體。因浩水員總是在高壓條件 下工作,下面我們者重討論氣體在液體中的溶解量與氣體分壓間的關系。 實驗證明:在一定溫度下,氣體在液體中的溶解量與這種氣體的分壓成正比。我們把這個結論叫孿利 定律。 按照字利定律,如果氣體的分壓為 0.IMPa 時在菜種液體中溶解量為一個單位氣體,那么在 0.2MPa時 將溶解二個單位的氣體 當一種不含氣體的液體首次暴露于氣體中時,這種氣體的分子在分壓的作用下,會迅速進入液體中 當氣體進入液體后,增加了氣體的張力 《即氣體在液體中的分壓)。液體內氣體張力與液體外這種氣體分 壓之間的差值,叫做壓差梯度。壓差梯度大,氣體溶解在液體中的速度就快。 隨者時間的推移,溶解在液 體內氣體分子數量不斷增加, 氣體的張力隨之增加,與此同時,液體外的氣體因都份溶解在液體內,它的 分壓降低,溶解在液體中的氣體又有一些分子從液體中選出,增加氣體的分壓。這樣,氣體分 子不斷溶解 和逸出,當壓差梯度為委時,逸出和溶解的氣體分子數量相等,液體中溶解的氣體分子數量保特恒定,我 們稱之為液體被氣體飽和了。 氣體的溶解度(即液體被氣體飽和時,單位體積液體內溶解的氣體質量)除與氣體的分壓有關外,還 與溫度有關,溫度越高,溶解度越小,反之溫度越低,溶解度越大。 氣體在液體中的溶解規律,對保隊港水員作業具有重要的指導意義。 潛水員吸入的泥合氣中各種 氣體,梅按照各自的分壓成比例地溶于體內。由于不同氣體的溶解度不同,因此菜種氣體的溶解量與潛水 員在高壓下呼吸這種氣體的時間有關,如果時間較長,這種氣體將會在港水員體內達到飽和,當然這種飽 和過程較慢。不同的氣體在體內達到飽和需 8~-24h。 只髮潛水員所處環境的壓強不變,已溶解在體內的各種氣體的量就會保特原有的溶解狀態。 當潛水員 從水下上升出水時。隨者水深交法,靜水壓強越來越小,海解在港水員體內的混合氣的總壓也越來越小, 各種氣體的分壓辦隨之減少,溶解在潛水員體內的各種氣體因分壓誠少,不斷地逸出體外。如果按照誠壓 裝控制上升速度,那么己溶解在體內的氣體格會故顧利輸送到肺部并呼出體外。如果對上升遠度和幅度控制不當,壓力的降低超出了身體所能調節的速度,則會形成氣泡并積聚在小血管內,引發減壓病。
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