工质性质（0）

王安良

2015-1-21初稿

2015-10-8修改稿

理想气体

什么是理想气体？

1 它是一类工质。

2 它有些特殊的性质，其热物理参数符合关系式：pv=RT。

3 它在现实世界里并不真实存在。

4 理想气体的物理模型对处理工程热物理甚至其它许多问题均有价值。

有些气体的热物理性质在一定条件下基本符合理想气体的状态方程（方程很简单，包含了温度T、压强p、比容v和一个常数R），比如空气、燃气、氢气等，这些气体在所限定的范围内可以称为理想气体，本质上来说是一个物理模型。有几个定律支撑着理想气体物理模型。它们是：

玻意耳（1664）-马略特（1676）定律；

查理（1782）定律；

道尔顿（1801）定律；

盖-吕萨克（1802）定律；

阿伏伽德罗（1811）定律；

阿麦加（十九世纪）定律；

克拉贝龙综合（十九世纪中叶）方程。

波尔兹曼在十九世纪末给理想气体热物理性质建立了原子学说意义上的理论模型。

人们经过长期努力建立的理想气体模型，不仅有理论价值，而且有直接的工程应用价值。根据热力学第一定律，再补充定压比热容和定容比热容这俩状态参数，可方便地计算理想气体内能和焓的变化量，均只与其温度有关。这样，简单分析和研究气体压缩和膨胀过程、气体动力循环、气体制冷循环等问题就非常方便。所有教材中相关理想气体的例子和习题都是对实际问题的物理建模的结晶，这里不再赘述。

还可证明，两种或两种以上理想气体混合过程是不可逆的，即混合后总熵是增加的。

湿空气是一种特殊的理想气体，有几个相关概念要充分理解：饱和湿空气，比湿度，相对湿度，露点温度，干球温度，湿球温度，热湿比。根据理想气体模型、热力学第一和第二定律可以方便地分析湿空气的热力学过程乃至循环。这种分析方法在人居环境的空气调节，空间站人工环境的空气调节等等方面有实用价值。

我想进一步讨论的是（这部分内容，我仍然没有在课堂上讲授）：如果用对数坐标来表示理想气体状态方程，那么在三维lnp-lnv-lnT图上，状态参数将成为一个有“大小”和“厚度”的平面。这有什么理论意义和实用性呢？

1.      给出三个状态点的参数，可以方便地判断是否为理想气体。三点决定一个平面，另外任意状态点是否处于该平面上，决定了该气体在所给状态参数范围内的“理想性”。

2.      理想气体压缩和膨胀过程，比用p-v图分析简单。理想气体多变过程在lnp-lnv图上是直线。

3.      理想气体能量转换过程也可以在lnp-lnv图和lnT-lns图上进行更简单地分析。

4.      具体的建模方法可以写本专著。