解析气态方程之内在本质(稿)

解析气态方程之内在本质

胡良

深圳市宏源清实业有限公司

摘要：阿伏加德罗常数符号（N A ）的含义是1mol 任何粒子所含的粒子数就是阿

伏加德罗常数。其内涵，就是在相同温度及相同压强条件下，其相同体积中的任何气体总具有相同的分子个数。气态方程表达了，由很多自由的孤立量子体系组成的宏观孤立量子体系的属性，揭示了宏观与微观的内在联系。

关键词：理想气体常数，阿佛加德罗常数，玻尔兹曼常量，对称性，场，相位作者,总工，高工，硕士

Analyze the connotation of the gas equation

The energy constant (Hu)is the smallest energy unit,Hu =h *C=Vp*C^(3),which reflects the intrinsic relationship between the vacuum speed of light (C)and Planck's constant (h).

Keywords:Ideal gas constant,Avogadro constant,Boltzmann constant,symmetry,field,phase

1阿佛加德罗常数的内涵

阿伏伽德罗常量（N A ）属于热学常量，阿伏伽德罗常量与物质单元的数量相关；

摩尔（作为物质单元的数量的单位）的含义就是基本单元数量，即，阿伏伽德罗常量(N A )；其中，基本单元可是任何一种聚集的物质（例如原子，分子及离子）。

阿伏伽德罗常数（N A ）是一个比值，在一个孤立量子体系中，所含的基本单元

数（N），与其所含的物质的量（n，其单位是摩尔）间的比值。

可用公式表达为，N A =N/n。

体现为一种粒子的摩尔质量（即一摩尔时的质量）及其质量之间比例常数。阿伏伽德罗常数体现为，一摩尔物质所含的基本单元（例如原子或分子）之数量。因此，阿伏伽德罗数是一个无量纲的数量，与用基本单位表示的阿伏伽德罗常量数值一致。但阿伏加德罗常数（N A ）不是纯数，其单位为/mol；即每摩尔物质含

有微粒数量定为阿伏加德罗常数。

例如，一摩尔电子的电荷是一个常数（法拉第常数）；将一摩尔电子的电荷除以单个电子的电荷，就可得到阿伏伽德罗常量。

总之，摩尔是表达物质的数量的单位，而每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒。基本单元是指原子，分子，离子及电子等粒子。

阿伏加德罗常数符号（N A ）的含义是1mol 任何粒子所含的粒子数就是阿伏加

德罗常数。其内涵，就是在相同温度及相同压强条件下，其相同体积中的任何气体总具有相同的分子个数。

2玻尔兹曼常量的内涵

玻尔兹曼常数（k）体现为单个气体分子的平均平动动能随热力学温度（T）变化的系数。

T k E k **)2/3( ，

其中，k E 表达单个分子的平均平动动能，T 表达热力学温度。

动能的量纲，[L^(3)T^(-1)]*[L^(2)T^(-2)]；

温度的量纲，[L^(2)T^(-3)]；

玻尔兹曼常数（k）的量纲，[L^(3)T^(0)]，大小是普朗克体积，V p .

玻尔兹曼常数（k）是热力学的一个基本常量，是关于温度及动能的一个物理常数。理想气体常数（R）等于玻尔兹曼常数（k）乘以阿伏伽德罗常数（N A ），

即，A N k R *=；理想气体常数（R）的量纲是，[L^(3)T^(0)]。

理想气体的边界条件是，分子本身的大小比分子间的平均距离小得多（分子视为质点）。分子与分子间（或分子与器壁间）是完全弹性碰撞。除碰撞之外，分子之间相互作用力可忽略，而重力影响也可忽略。因此，在相邻两次碰撞之后，分子保持匀速直线运动。

熵（S）的含义是玻尔兹曼常数乘以系统分子的状态数的对数值，从统计学来看，

S=k ㏑Ω，熵（S）量纲是，[L^(3)T^(0)]。

3理想气体常数的内涵

理想气体常数（普适气体常数），即，摩尔气体常数（R），是一个在物态方程式中连系各个热力学函数的物理常数。

理想气体常数（R）与玻尔兹曼常量（k)及阿伏伽德罗常数（N A ）相关;

即，k N R A *=。

4气态方程的表达式

理想气体状态方程（理想气体定律）是表达理想气体在处于平衡时；压强，体积，物质的量及温度间关系的状态方程。

方程是，T R n V p ***=；

其中，p 是指理想气体的压强，量纲是，[L^(2)T^(-3)]；

V 表达理想气体的体积，量纲是，[L^(3)T^(0)]；

n 表达气体物质的量，/mol；

T 表达理想气体的热力学温度，量纲是，[L^(2)T^(-3)]；

R 为理想气体常数，量纲是，[L^(3)T^(0)]。

对于混合理想气体，其压强（P ）是各组成部分的分压强p1，p2，……等之和，混合理想气体的状态方程可表达为，

T R n n V p p **......)(*......)(2121++=++。

5解析气态方程的内涵

对于一个孤立量子体系来说，体现为固态属性；对于二个（或以上）相互围绕运行的孤立量子体系来说，共同体现为液态属性；对于众多运行的自由孤立量子体系聚集体来说，共同体现为气态属性。

对于一个由N 个基本粒子组成的孤立量子体系来说，体现为固态属性，)3(3*)/(*n n p V N V C V =。

对于二个相互围绕运行的孤立量子体系来说，共同体现为液态属性，

)3()3(3*)/(*)/(*m m n n p V M V V N V C V ==。

对于众多自由运行的孤立量子体系聚集体来说，共同体现为气态属性；可将众多自由运行的孤立量子体系聚集体,视为一个更大的孤立量子体系。

更大的孤立量子体系的属性，可用压力（P ），体积（V ），温度（T ）及内部的孤立量子体系数量（A N n *）等来表达。

)*(**)*(**)*(******2f C V N n T V N n t k N n T R n V P p A p A A ====。例如，对于一个氢气分子（由1N 个基本粒子组成）来说，

)3(1113*)/(*n n p V N V C V =；

假如，在这一个孤立量子体系内部，共有L 个基本粒子，则基本粒子构成Q 个

氢原子，则有，A N n N L Q */1==。

根据，)*(**)*(**)*(******2f C V N n T V N n t k N n T R n V P p A p A A ====，

可知，

)*(2f C P ≤，这意味着宏观的压强小于微观的温度。p A V N n V *)*(≥，这意味着宏观的体积，大于，其内部基本粒子的普朗克体积之和。

体现了宏观（众多较小的孤立量子体系组成）与微观（较小的孤立量子体系）之间的联系。

推理之一，这一个由N 个基本粒子组成的孤立量子体系内部如果全部由光子组成，则体现的压强最大。

推理之二，这一个由N 个基本粒子组成的孤立量子体系，其内部全部由氢气组成；与这一个孤立量子体系内部全部由水分子组成；进行比较，可知，如果其它边界条件全部一样，则水分子组成的孤立体系的压强小于氢气分子组成的孤立体系的压强。

因为，在这一个孤立量子体系内部，虽然，含有的基本粒子数量相同；但水分子数量小于氢气分子的数量。

气态方程表达了，由很多自由的孤立量子体系组成的宏观孤立量子体系的属性，揭示了宏观与微观的内在联系。