?【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的注解。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。

第四章氣體的性質(zhì)

【山話||? 本系列專(zhuān)欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳。另外這套老教材中的力的單位常用公斤，如今是不允許的，力是不能使用公斤為單位的?！?/span>

§4-1氣體的狀態(tài)，壓強(qiáng)

【01】在第一冊(cè)中，我們已經(jīng)學(xué)過(guò)一些液體和氣體所共同遵守的定律。

【02】我們知道，氣體和液體對(duì)浸入其中的物體都施有壓力。液體和氣體都沒(méi)有一定的形狀，而且都很容易流動(dòng)，所以往往把它們統(tǒng)稱為流體。正是因?yàn)橐后w和氣體具有上述的共同特性，所以它們都遵循反映這些特性的規(guī)律，如確定流體浮力大小的阿基米德定律，表征流體傳遞壓強(qiáng)的巴斯噶定律等【山注||? 巴斯噶就是帕斯卡，以前對(duì)外國(guó)人名的音譯尚未進(jìn)行規(guī)范，因此常五花八門(mén)】。

【03】但是，由于氣體分子的分布和運(yùn)動(dòng)情況跟液體中的分子不一樣，氣體還具有一些不同于液體的性質(zhì)，因此，也有一些定律只適用于氣體而不適用于液體。本章所要討論的就是這些定律。

【04】大家都很熟悉，對(duì)固體施加壓力，很不容易使它的體積縮??；對(duì)液體也是這樣，只是程度有所不同而已。對(duì)固體或液體加熱，使它們的溫度升高，體積的膨脹也很小。這說(shuō)明，在不大范圍內(nèi)的壓強(qiáng)變化和溫度升降，對(duì)于固體和液體的體積或密度的影響并不顯著。

【05】但是對(duì)于氣體來(lái)說(shuō)，情況就不是這樣的了，壓強(qiáng)和溫度的變化對(duì)它的體積具有十分顯著的影響。當(dāng)我們用力壓擠小橡皮球的時(shí)候，受壓擠的地方就凹下去，這是由于壓強(qiáng)增加使球里空氣的體積縮小了。在上一章中，我們也已經(jīng)看到，氣體受熱時(shí)體積的膨脹要比固體和液體大得多。不僅壓強(qiáng)和溫度對(duì)氣體的體積有很大的影響，實(shí)際上，氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度是密切聯(lián)系著的。如果把小橡皮球拿到火爐上面烘一下，它就會(huì)變得更硬一些，這說(shuō)明溫度的升高引起了球里空氣壓強(qiáng)的增加。又如把稍微有些癟的乒乓球放到沸水里泡一泡，它會(huì)重新鼓起來(lái)，這說(shuō)明球里的空氣受熱后體積膨脹而且壓強(qiáng)也增加，所以才會(huì)鼓起來(lái)。給籃球或車(chē)胎打氣的時(shí)候，我們都覺(jué)察到，打氣筒里氣體的體積縮小，壓強(qiáng)增加，而且從打氣筒的劇烈變熱，可以知道氣體的溫度也升高了。

【06】從上面的一些例子中可以看到，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，它的壓強(qiáng)、溫度和體積這三個(gè)量中只有一個(gè)量改變而其余兩個(gè)量都不改變的情況是沒(méi)有的。氣體的壓強(qiáng)、溫度和體積表明了氣體的狀態(tài)。對(duì)一定質(zhì)量的氣體來(lái)說(shuō)，如果這三個(gè)量都不改變，我們就說(shuō)氣體處于一定的狀態(tài)中。如果這三個(gè)量中有二個(gè)量改變或者三個(gè)量都改變，我們就說(shuō)氣體的狀態(tài)改變了。

【07】下面我們先來(lái)研究一定質(zhì)量的氣體只有兩個(gè)量改變時(shí)的情況，然后再研究這三個(gè)量都改變的情況。

【08】為了使同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中能夠掌握問(wèn)題的本質(zhì)，有必要從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)來(lái)闡述一下這三個(gè)物理量的意義。

【09】前面已經(jīng)講過(guò)，溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。物體溫度的升高或降低，標(biāo)志著分子平均動(dòng)能的增加或減少。

【10】我們知道，由于氣體分子聞的相互作用力很小，所以熱運(yùn)動(dòng)使分子充滿了所能夠達(dá)到的全部空間。因此，處于某一容器里的氣體，它的體積實(shí)際上就是指這個(gè)容器的容積。我們必須注意，氣體的體積跟它的分子體積的總和是完全不同的兩回事。舉例來(lái)說(shuō)，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下【指溫度為0℃、壓強(qiáng)為76厘米高水銀柱的狀況】，氣體分子的總體積只占?xì)怏w體積的萬(wàn)分之四；即有體積為10公升的氣體，其分子的總體積只有4厘米3，其余的9996厘米3都是空隙。當(dāng)我們壓縮氣體時(shí)，減少的只是氣體分子之間的空隙和平均距離，分子本身的體積是不能被壓縮的。如果把氣體的體積從10公升壓縮到100厘米3，那么分子之間的空隙就減為96厘米3，而分子的體積就占?xì)怏w體積的百分之四了。

【11】最后我們來(lái)談一下氣體壓強(qiáng)的概念。氣體對(duì)容器內(nèi)壁的壓強(qiáng)，是由于運(yùn)動(dòng)著的氣體分子撞擊器壁而產(chǎn)生的。雖然每一個(gè)氣體分子對(duì)器壁的撞擊是不連續(xù)的，而且作用力也很小，但是由于氣體分子的數(shù)目非常大，它們不停地撞擊器壁就產(chǎn)生了持續(xù)的、數(shù)值相當(dāng)大的壓強(qiáng)。又因?yàn)闅怏w分子都在作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，平均地講，對(duì)器壁任何一處的碰撞次數(shù)和碰撞作用是一樣大的，所以氣體對(duì)器壁各方面的壓強(qiáng)就完全相等。

【12】氣體對(duì)容器內(nèi)壁所施加的壓強(qiáng)的大小，究竟跟哪些因素有關(guān)呢？我們知道，壓強(qiáng)是單位面積上所受的垂直于這個(gè)面積的作用力，它的常用單位是達(dá)因/厘米2、大氣壓、厘米高水銀柱、公斤/厘米2等。不難想象，單位面積的器壁在1秒鐘內(nèi)所受到的撞擊次數(shù)越多，每一次撞擊時(shí)所產(chǎn)生的作用力越大，壓強(qiáng)也就越大。這就是說(shuō)，決定氣體壓強(qiáng)大小的因素有兩個(gè)：

【13】第一，壓強(qiáng)跟氣體的壓縮程度有關(guān)，也就是跟單位體積內(nèi)的分子數(shù)或氣體的濃度有關(guān)。例如，往車(chē)胎里多打進(jìn)一些空氣，或者把封閉的車(chē)胎壓扁一些，我們就會(huì)感覺(jué)到，胎中空氣對(duì)胎壁的壓強(qiáng)增大了一些。

【14】第二，氣體的壓強(qiáng)跟它的溫度有關(guān)。因?yàn)闇囟鹊纳邩?biāo)志著氣體分子運(yùn)動(dòng)速度的增加，速度大了，分子撞擊器壁的次數(shù)也隨之而增加，而且每一次撞擊所產(chǎn)生的作用力也增大，例如，在夏天烈日下行駛后的自行車(chē)，它的輪胎會(huì)變得更硬一些。

【15】因此，我們可以說(shuō)，單位體積內(nèi)所含有的分子數(shù)越多，氣體溫度越高，那么，氣體對(duì)容器內(nèi)壁所施加的壓強(qiáng)也就越大。

習(xí)題4-1

1、什么叫做壓強(qiáng)？它的常用單位有哪些？76厘米高水銀柱的壓強(qiáng)相當(dāng)于多少克/厘米2，相當(dāng)于多少達(dá)因/厘米2？

2、氣體對(duì)容器內(nèi)壁的壓強(qiáng)是怎樣產(chǎn)生的？這個(gè)壓強(qiáng)的大小跟哪些因素有關(guān)？試扼要說(shuō)明理由。

3、在夏天烈日下行駛的車(chē)輛，如果車(chē)胎里的氣打得太足，有時(shí)車(chē)胎會(huì)發(fā)生爆裂，這是什么道理？

4、玩具氣球里裝的是空氣，如果把它放在火爐上面烘一會(huì)兒，它就會(huì)向上升起，等一忽兒，它又會(huì)下降，試說(shuō)明這種現(xiàn)象。

5、你能不能舉出一些事例來(lái)說(shuō)明氣體的體積隨壓強(qiáng)的變化？