Section 1 氣體

1-1 氣體狀態及單位

氣體狀態
1. 正常狀態（Normal Air）
  
  溫度 0 ℃，絕對壓力 760 mm-Hg，乾燥空氣。
  
  表示方法：10 L 之正常狀態氣體表示為 10 NL。
2. 標準狀態（Standard Air）
  
  溫度 20 ℃，絕對壓力 760 mm-Hg，相對濕度 75 % 之空氣。
  
  表示方法：10 L 之標準狀態氣體表示為 10 L [ ANR ]。
氣體體積、壓力單位
1. 氣體體積
  
  $1L=10^3c.c=10^3cm^3=10^{-3} m^3$
2. 常見氣體壓力單位
  - 錶壓力 $=$ 操作壓力 $=$ 相對壓力（$P_{g}$）
  - 絕對壓力 $=$ 錶壓力 $+$ 大氣壓力（$P_{atm}$） $=$ 大氣壓力 $+$ 真空壓力
  - 壓力單位
    - $1Pa=1N/m^2$，$1Mpa=1N/m^2$
    - $1bar=10^5Pa=100KPa=0.1MPa$
    - $1kg/cm^2=9.38N/cm^2=0.98N/mm^2=0.98bar$
    - $1bar=1.02kg/cm^2$
    - $1atm=1.033kg/cm^2=1.012bar$

<aside> 💡 【例題 1-1】操作壓力 $5.5kg/cm^2$ ，求絕對壓力。解： $P_{abs}=P_{g}+P_{atm}=5.5+1.033=6.533kg/cm^2$

</aside>

理想氣體方程式

$P\cdot V=n\cdot R\cdot T$

$P$：絕對壓力（atm）

$V$：氣體體積（L）

$n$：摩爾量（mol）

$R$：理想氣體常數（$atm\cdot L/mol\cdot K$）

$T$：絕對溫度（$K$），$K=\degree C+273$
等溫（波以耳）定律

溫度不變，壓力與體積成正比。

$P_1\cdot V_1=P_2\cdot V_2$
等壓（給呂薩克）定律

壓力不變，體積與溫度成正比。

$\dfrac{V_1}{T_1}=\dfrac{V_2}{T_2}$
等容（查理定律）

體積不變，壓力與溫度成正比。

$\dfrac{P_1}{T_1}=\dfrac{P_2}{T_2}$
絕熱膨脹

絕熱體系統和外界沒有熱量和料子的交換。實際氣體氣壓下降時，此時氣體溫度也會下降。若一熱力學系統變化快到足以忽略與外界的熱交換的話，這一變化可視為絕熱過程。

$P_1\cdot V_1^n=P_2\cdot V_2^n$

$P$：絕對壓力（atm）

$V$：氣體體積（L）

$n$：絕熱指數（理想氣體 $n=1$，標準氣體 $n=1.4$）

<aside> 💡 【例題 1-2】絕熱過程之標準狀態氣體，錶壓力 $P_1=6kg/cm^2$、$P_2=4kg/cm^2$、$V_1=5L$，求 $V_2$ 體積為多少$L$？解： $P_1\cdot V_1^n=P_2\cdot V_2^n$

$\dfrac{P_1}{P_2}=\dfrac{V_2^n}{V_1^n}$，代入條件 $\dfrac{6+1.033}{4+1.033}=\dfrac{V_2^{1.4}}{5^1.4}$

$\left(\dfrac{V_2}{5}\right)^{1.4}=1.397$，得狀態2的體積 $V_2=\underline{6.35L}$

</aside>