气体,作为无定形且具有体积的流体,具备可压缩与膨胀的特性。其与液体同为流体形态,能够流动并适应外力而变形。但气体的分子间距离相对较大,使其易于被压缩或扩张。若不受任何限制(如容器或力场),气体可无限制地扩展。其关键属性包括体积、温度和压强,这三者之间存在着相互影响的关系。
气体可分为理想气体与实际气体。理想气体被假定为分子间无相互作用力,因此不考虑分子势能,其内能仅由分子的平均动能决定,亦即由温度决定。此种状态下,气体分子无自身占据的体积。实际气体需考虑分子势能的影响。在处理相关问题时,需明确气体的种类——是理想气体还是实际气体。
对于理想气体的研究,我们有以下几点特性:一是在分子间无作用力的情况下;二是气体分子本身不具有体积;三是气体分子与容器壁间发生完全弹性的碰撞。由于这种碰撞,我们引入了气体压强的概念,稍后将详细讨论。
第四个特点是理想气体遵循状态方程pV=nRT。此方程涉及四个变量:气体的压力p、体积V、物质的量n和温度T,以及一个常量R。只要确定其中三个变量,理想气体的状态即可确定。特别需要注意的是,温度T的单位必须为开尔文。
关于气体压强,它指的是气体对某一点施加的流体静压力。这是由于大量气体分子对容器壁进行持续、无规则的撞击所导致的。这种撞击方式与之前提到的气体分子与容器壁之间的完全弹性碰撞相吻合。密闭容器中的分子密度越高、活动越剧烈,所产生的气体压强就越大。这与理想气体状态方程是一致的。
接着让我们简要了解大气压。大气压是指地球上某位置空气产生的压强。地球表面的空气受到重力的作用,从而产生了大气压强。空气层的密度并非均匀,地表层的空气密度较大,而高层的空气则较为稀薄。
关于大气压的理解要点有三:其一,所有浸于大气中的物体都受到大气施加的压强;其二,空气受重力影响且有流动性,因此向各个方向都存在压强;其三,气体中的大量无规则运动分子会对物体表面持续碰撞,产生冲击力,从而形成大气压。
在此提醒大家,考试中的重点在于理解影响气体压强的因素。
还需补充一个知识点:液体的沸点与气压的关系。当气压降低时,液体的沸点也会相应降低。这是因为低气压导致液体转化为气体的阻力减小,从而使液体更容易气化。