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理想气体方程的研究过程

2022.5.17
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zhaoqisun

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这个方程是两个多世纪以来许多科学家经过不断地试验、观察、归纳总结才取得的成果,汇集了许多由2个变量的实验定律而构成。

玻意耳-马略特定律:

1662年,英国化学家波义耳使用类似U型玻璃管进行实验:用水银压缩被密封于玻璃管内的空气。加入水银量的不同会使其中空气所受的压力也不同。波义耳经过观察管内空气的体积随水银柱高度不同而发生的变化,经过观察,他认为在管粗细均匀的情况下,管中空气的体积与空气柱 l 成正比,而空气所受压力为大气压与水银柱压差Δh的和;据此,他认为在恒温下,一定量的空气所受的压力与气体的体积成反比。

其他两位科学家,贝蒂和布里兹曼也研究了氢气的体积和压力的关系,下面是他们的实验数据:

多种气体的试验均得到了相同的结果,这个结果总结为玻意耳-马略特定律,即:温度恒定时,一定量气体的压力和它的体积的乘积为恒量。

查理定律

1787年,查理研究氧气、氮气、氢气、二氧化碳及空气等气体从0℃加热到100℃时的膨胀情况,发现在压力不太大时,任何气体的膨胀速率是一样的,而且是摄氏温度的线性函数。即某一气体在100℃中的体积为,而在0℃时为,经过实验,表明任意气体由0℃升高到100℃,体积增加37%。

盖-吕萨克定律

1802年,盖-吕萨克在试验中发现,体积不变时,一定量的气体的压力和温度成正比,即温度每升高(或降低)1℃,其压力也随之增加(或减少)其0℃时压力的。

查理-盖吕萨克定律

主条目:查理-盖吕萨克定律

查理-盖吕萨克定律是近1个世纪后,物理学家克劳修斯和开尔文建立了热力学第二定律,并提出了热力学温标(即绝对温标)的概念,后来,查理-盖吕萨克气体定律被表述为:压力恒定时,一定量气体的体积(V)与其温度(T)成正比。

综合

19世纪中叶,法国科学家克拉珀龙综合波义耳定律和查理-盖吕萨克定律,把描述气体状态的3个参数:p、V、T归于一个方程,表述为:一定量气体,体积和压力的乘积与热力学温度成正比。

推广

经过Horstmam和门捷列夫等人的支持和提倡,19世纪末,人们开始普遍地使用现行的理想气体状态方程:pV=nRT。


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