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氦气知识介绍(五)

文字:[大][中][小] 2010-4-15    浏览次数:581    

人们把地球表面上数千里厚的气态物质称为大气。通常把地表上人类活动空间的大气叫空气。空气由氮气、氧气、氩气和少量其他气体组成。气体是単个分子,它也有重量。地球的引力使气体分子不能向太空逃逸,同时,气体分子运动而具有动能使之不被吸附在地球的表面。地球的引力和分子运动动能相互作用,成为平衡态。平衡态的变化及其过程构成了五彩缤纷的世界。

我们通常提到温度是冷热程度的表述。从分子运动的观点,温度是分子动能﹝与速度的平方成正比﹞的量度。对温度的研研究,人们才从宏观世界初步进入微观世界。

在科学上,阿伏加德罗常数和气体摩尔体积可以使我们想像出分子的质量和几何尺寸是多么微小。

我们把4克氦称作1摩尔氦,28克氮称1摩尔氮,32克氧称作1摩尔氧;而气体摩尔体积约为22.4升。在摄氏零度、1个大气压时,1摩尔气体占空体积就是气体摩尔体积。

阿伏加德罗常数为6.02×1023它是1摩尔物质包含的分子个数。混和气体或液体、固体都可以记作摩尔。1摩尔空气是29克。装45斤水的桶(体积是22.4升)能容纳6.02*1023个空气的分子。我们抽高真空至10*10-7 大气压时,在1立方毫米的体积﹝约半个大米粒﹞内还容纳着2.7*109个气体分子,即27亿分子,这个数相当中国人口的二倍。

从分子运动的观点看气体压力﹝物理学中称作压强﹞。分子运动遵守经典力学定律,大量运动着的气体分子撞击着空间某个平面﹝就像兰球撞击兰板﹞。大量气体分子动量变化的总效应就是气体压力。压力与分子动量变化成正比,同时,它又与单位时间内气体分子撞击的次数成正比。在密度相同时,撞击次数与分子运动速度成正比。因此,气体压力也与气体分子运动速度的平方成正比。这样,压力和温度都与气体分子运动速度的平方成正比。宏观上,我们也观察到这种成正比的相关性。

地球对气体分子的引力使之趋向地表,气体分子的运动使之趋于均匀分布在所有空间。我们可以计算气体的分布。在地表某确定的温度,气体分子具有动能和势能﹝地球和气体分子的引力形成的﹞。根据能量守恒定律,我们可以计算出气体分子密度随离地高度的变化。计算值和观测值是相符的。大气压与气体分子的密度成正比,大气压也随高度而变化。在地球纬度为45度的海平面,当温度为摄氏零度,大气压是760毫米汞﹝760mmHG﹞柱高。从地表升高10米左右,大气压下降1毫米汞柱。海拔高度3000米的青藏高原,大气压在600毫米汞柱以下。氦气球的升力与大气的密度成正。因此同样的充氦气球,它在高原上负重比它在平原地区负重小得多。

在工程上,一般不用大气压描述气体压力。人们习惯用‘MPa’、公斤、巴等来描述气体压力。MPa是物理学上延用过来的。巴是气象学上常用的。现把常碰到的压力単位及它们的变换算关系列于表﹝5﹞

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