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理想气体的热力学性质1. 引言理想气体是一个重要的物理模型，用于描述宏观气体现象。
在理想气体模型中，气体分子被假设为没有体积、相互之间没有相互作用力，并且遵循分子运动论的统计规律。
理想气体的热力学性质是描述其在不同温度、压强等条件下的宏观行为。
本章将介绍理想气体的热力学性质，包括状态方程、等温过程、绝热过程、等压过程和热力学第一定律等。
2. 状态方程理想气体的状态方程是描述其状态（温度、压强、体积）之间关系的方程。
最常用的状态方程是范德瓦尔斯方程，它修正了理想气体状态方程中未考虑分子间相互作用力的缺陷。
范德瓦尔斯方程为：( p + )(V_m - b) = RT其中，( p ) 是气体的压强，( V_m ) 是气体的摩尔体积，( R ) 是理想气体常数，( T ) 是气体的绝对温度，( a ) 和 ( b ) 是范德瓦尔斯方程的参数，分别表示气体分子间的吸引力和分子的体积。
3. 等温过程等温过程是指气体在过程中温度保持不变的过程。
在等温过程中，气体的压强和体积之间遵循玻意耳-马略特定律：其中，( k ) 是一个常数。
等温过程的特点是气体分子平均动能不变，因此等温过程是可逆的。
4. 绝热过程绝热过程是指气体在过程中没有热量交换的过程。
在绝热过程中，气体的内能保持不变。
根据热力学第一定律，绝热过程中的功等于内能的变化。
当气体经历等压绝热过程（如等压膨胀或等压压缩）时，其温度发生变化，遵循盖-吕萨克定律：=其中，( V_1 ) 和 ( V_2 ) 是气体在两个状态下的体积，( T_1 ) 和 ( T_2 ) 是气体在两个状态下的绝对温度。
当气体经历等容绝热过程（如等容膨胀或等容压缩）时，其温度变化遵循查理定律：=其中，( p_1 ) 和 ( p_2 ) 是气体在两个状态下的压强，( T_1 ) 和 ( T_2 ) 是气体在两个状态下的绝对温度。
5. 等压过程等压过程是指气体在过程中压强保持不变的过程。
理想气体状态方程(选修3－3)（一）理想气体定义：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体简化条件：实际气体，在压强不太大（不超过大气压的几倍），温度不太低（不低于零下几十摄氏度）时，可以近似地视为理想气体内能：微观角度——理想气体的内能等于所有分子的总动能宏观角度——一定质量的理想气体，其内能只与温度有关，与体积无关（二）理想气体的状态方程表述：一定质量气体的状态变化时，其压强和体积的乘积与热力学温度的比是个常数表达式：pV/T=C适用条件：质量一定的理想气体（三）气体热现象的微观意义气体压强的微观意义：A、大小及定义：气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力B、决定因素：气体分子的平均动能；分子的密集度对气体实验定律的微观解释习题1．关于理想气体，下列说法正确的是( )A．理想气体能严格遵守气体实验定律B．实际气体在温度不太高、压强不太大的情况下，可看成理想气体C．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体D．所有的实际气体任何情况下，都可以看成理想气体2．一定质量的理想气体，在某一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡状态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系正确的是( ) A．p1＝p2，V1＝2V2，T1＝12T2B．p1＝p2，V1＝12V2，T1＝2T2C．p1＝2p2，V1＝2V2，T1＝2T2 D．p1＝2p2，V1＝V2，T1＝2T23．一定质量的理想气体，经历一膨胀过程，这一过程可以用下图上的直线ABC来表示，在A、B、C三个状态上，气体的温度T A、T B、T C相比较，大小关系为( )A．T B＝T A＝T CB．T A>T B>T CC．T B>T A＝T CD．TB<TA＝TC4.如图所示，一定质量的空气被水银封闭在静置于竖直平面的U形玻璃管内，右管上端开口且足够长，右管内水银面比左管内水银面高h，能使h变大的原因是A．环境温度升高B．大气压强升高C．沿管壁向右管内加水银D．U形玻璃管自由下落5.下图中A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同的状态，状态A的温度为T A，状态B的温度为T B；由图可知( )A．T B＝2T A B．T B＝4T AC．T B＝6T A D．T B＝8T A6.有两个容积相等的容器，里面盛有同种气体，用一段水平玻璃管把它们连接起来。
Physical Chemistry (Ⅰ)绪论第一章气体第二章热力学第一定律第三章热力学第二定律第四章多组分系统热力学第五章化学平衡第六章相平衡物理化学（上）物理化学（上）Array第一章气体The properties of gases §1-!本章基本要求§1-1理想气体状态方程与理想气体§1-2真实气体的性质§1-3真实气体状态方程§1-$本章小结第一章气体掌握理想气体状态方程掌握理想气体的宏观定义及微观模型掌握分压、分体积定律及计算理解真实气体与理想气体的偏差、临界现象掌握饱和蒸气压概念理解范德华状态方程、对应状态原理和压缩因子图了解对比状态方程及其它真实气体方程第一章气体一、理想气体状态方程二、理想气体定义及微观模型三、理想气体p、V、T性质计算四、气体混合物的组成表示五、道尔顿分压定律六、阿马格分体积定律1.三个低压定律 波义尔定律：ｎ、ＴV∝1/p pV =常数盖—吕萨克定律：n 、p V∝T V/T =常数阿费加德罗定律：T 、p V∝n V/n =常数且T =273.15K p =101.325kPa 时1mol气体V m =22.4×10-3m 3说明：把某个物理量用〇圈上，表示恒定一、理想气体状态方程§1-1理想气体状态方程与理想气体2.理想气体状态方程由三个低压定律可导出理想气体状态方程pV =n R T 或pV m =R T单位：p —Pa V —m 3T —K n —mol 理想气体状态方程由三个低压定律导出，因此只适用于低压气体。
一、理想气体状态方程§1-1理想气体状态方程与理想气体§1-1理想气体状态方程与理想气体二、理想气体定义及微观模型真实气体低压气体才符合pV=n R T，为研究方便定义理想气体。
宏观定义：在任何温度、任何压力均符合理想气体状态方程（pV=n R T）的气体，称为理想气体。
理想气体的概念及其意义理想气体的概念及其意义1. 引言在物理学和化学学科中，理想气体是一种非常重要的概念。
它被用来描述在特定条件下，气体的行为和性质。
理想气体是由一系列简化的假设条件构成的模型，它能够让我们更好地理解气体的行为，推导出一些重要的气体定律，并在实际应用中提供指导。
2. 理想气体的定义理想气体是指在一定的条件下，其分子与分子之间没有相互作用、分子与容器壁之间也没有相互作用的气体。
这些条件包括：气体足够稀薄，体积足够大，温度足够高等。
3. 理想气体的假设条件理想气体模型是基于一系列简化的假设条件构建起来的，这些假设条件包括：a. 分子之间没有相互作用：即理想气体的分子间相互吸引或斥力可以忽略不计。
b. 分子与容器壁之间没有相互作用：即气体分子与容器壁之间的碰撞是完全弹性。
c. 气体分子的体积可以忽略不计：即理想气体的分子是一个质点，体积为零。
d. 气体分子的运动是无规则的：即分子按照各个方向均匀无规律地运动。
4. 理想气体的性质理想气体的性质与其假设条件密切相关，它们包括：a. 理想气体的压强与温度成正比：根据理想气体定律，当温度一定时，理想气体的压强与气体的摩尔数成正比。
b. 理想气体的体积与温度成正比：根据查理定律，当压强一定时，理想气体的体积与气体的摩尔数成正比。
c. 理想气体的体积与压强成反比：根据玛吉特定律，当温度一定时，理想气体的体积与气体的摩尔数成反比。
5. 理想气体的应用理想气体的概念和理论在许多领域中得到了广泛的应用，其中包括： a. 物理学领域：理想气体模型提供了理解气体性质和行为的基础。
它在研究气体传热、气体扩散等方面起到了关键的作用。
b. 化学领域：理想气体模型为化学反应的研究和计算提供了重要的数学工具。
通过理想气体定律，可以计算化学反应中气体的压强、体积和温度等参数。
c. 工程领域：理想气体模型广泛应用于工程计算中，特别是在设计和优化各种气体系统和设备方面。
d. 环境科学领域：理想气体模型被用来研究和预测大气和环境中气体的行为，如大气层中的气体的运动、扩散等。
高中物理竞赛——理想气体1、气体实验三定律在压强不太大，温度不太低的条件下，气体的状态变化遵从以下三个实验定律a 、玻意耳-马略特定律：一定质量气体温度不变时，P 1V 1 = P 2V 2或PV = 恒量b 、查理定律：一定质量气体体积不变时，11T P =22T P 或TP = 恒量c 、盖·吕萨克定律：一定质量气体压强不变时，11T V =22T V 或TV = 恒量【例题4】如图6-6所示，一端封闭、内径均匀的玻璃管长L = 100cm ，其中有一段长L ′= 15cm 的水银柱把一部分空气封闭在管中。
当管水平放置时，封闭气柱A 长L A = 40cm 。
现把管缓慢旋转至竖直后，在把开口端向下插入水银槽中，直至A 端气柱长"A L = 37.5cm 为止，这时系统处于静止平衡。
已知大气压强P 0 = 75cmHg ，过程温度不变，试求槽内水银进入管内的水银柱的长度h 。
【解说】在全过程中，只有A 部分的气体质量是不变的，B 部分气体则只在管子竖直后质量才不变。
所以有必要分过程解本题。
过程一：玻管旋转至竖直A 部分气体，L A ′='AA P P L A =157575-×40 = 50cm此时B 端气柱长L B ′= L − L A ′− L ′= 100 − 50 − 15 = 35cm 过程二：玻管出入水银槽A 部分气体（可针对全程，也可针对过程二），"A P = "'AA L L 'A P = 5.3750×60 = 80cmHgB 部分气体，"B L ="'B B P P 'B L = L A 0P P P '+"'B L = 158075+×35 ≈ 27.6cm 最后，h = L - "A L − L ′− "B L【答案】19.9cm 。
简述理想气体的宏观定义
理想气体是理想化的气体模型，它是基于一些简化假设而建立的。
宏观定义理想气体的主要假设有以下几点：
1. 分子之间没有相互作用：理想气体的分子之间不存在相互吸引或斥力，它们之间的碰撞是完全弹性的。
这意味着理想气体的分子运动是独立的，彼此之间不会影响运动状态。
2. 分子体积可忽略不计：理想气体的分子体积相比于容器的体积可以忽略不计。
这意味着分子之间的相互作用不会占据容器的有效体积，只有气体分子本身占据了一部分体积。
3. 分子之间无限瞬时速度：理想气体的分子运动速度可以无限快地改变。
这意味着分子之间的碰撞时刻可以达到瞬间，且在碰撞之间没有任何速度改变。
基于以上假设，理想气体可以用一些宏观物理量来描述，如压力、体积、温度和物质的量。
根据理想气体状态方程，宏观定义可以推导出以下关系：
1. 状态方程：理想气体的状态方程为P V = n R T，其中 P 表示气体的压力，V 表示气体的体积，n 表示气体的物质的量，R 表示气体常数，T 表示气体的温度。
2. 压强与分子速率：根据理想气体的分子速度分布，可以推导出气体的压强与分子平均速率的关系。
当温度升高时，分子平均速率增大，从而压强也增加。
3. 温度与分子动能：根据理想气体的平均动能定理，可以推导出气体的温度与分子平均动能的关系。
温度的增加会导致分子平均动能的增加。
需要注意的是，理想气体模型是一种近似模型，适用于低密度和高温度条件下的气体系统。
在实际情况中，气体分子之间会存在相互作用和分子体积的影响，因此在高压和低温条件下，理想气体模型的适用性会有所减弱。
推荐一个理想气体的宏观定义刘翠红;彭兴文;吴畏;朱旭忠;王建永【摘要】理想气体的宏观定义问题已经讨论了很多年,但至今没有一个大家都能接受的结论.提出了定义概念应该遵循的4条原则,即正确性原则、简洁性原则、非规律原则和历史背景原则.用这4条原则分析了理想气体的几个常见宏观定义,发现只有一个定义完全符合这4条原则,即实际气体在压强趋于零时的极限.【期刊名称】《高师理科学刊》【年(卷),期】2012(032)001【总页数】3页(P50-52)【关键词】理想气体;定义;宏观【作者】刘翠红;彭兴文;吴畏;朱旭忠;王建永【作者单位】河海大学数理部,江苏常州213022;河海大学数理部,江苏常州213022;河海大学数理部,江苏常州213022;河海大学数理部,江苏常州213022;河海大学数理部,江苏常州213022【正文语种】中文【中图分类】O551理想气体是热学研究得最透彻的对象，在热学理论中也占有非常重要的地位.理想气体的定义通常有2种，即宏观定义和微观定义.关于理想气体的微观定义，目前各教材和文献的观点非常一致，即理想气体是一热力学系统，该系统中分子的大小可忽略，除碰撞瞬间外分子间相互作用可忽略，分子间的碰撞是完全弹性的[1]96.然而关于理想气体的宏观定义，在目前的教材和文献中却出现了很多，而且这些定义相互间并不完全等价，这给教师讲授和学生学习理想气体的相关内容带来了一定的混乱.为了解决这一问题，人们开展了很多研究，但至今也没有一个大家都能接受的结论，因此很有必要对这一问题做进一步的研究.在充分研究了相关文献和资料后，认为造成目前这种混乱局面的根本原因是一些作者对于一个科学的定义应该满足哪些要求这一问题在认识上存在误区，因此很有必要确定几条定义概念应该遵循的原则.基于这种认识，没有象其他作者那样花很大精力去研究某些结论的独立性或不同定义的等价或不等价问题，而是把研究的重点放在了定义概念应该遵循的原则上.经过研究，提出了定义概念应该遵循的4条原则，然后用这些原则分析了理想气体的几个常见宏观定义，发现有一个定义很值得向大家推荐.文献[1-11，14]关于理想气体的宏观定义的讨论主要集中在2个问题：（1）理想气体温标在其可实现范围内是否与热力学温标等价；（2）理想气体的主要实验定律如波意耳定律、焦耳定律等到底有几个是完全独立的.讨论的结果也不完全一致，因此不同的作者给出了理想气体的很多不同的宏观定义，大概有10多个，而且按照某些教材或文献的做法，还可以有更多.为简洁起见，不全部列举这些定义，只把比较典型的几个列举如下：定义1[8]18 完全符合玻意耳定律、理想气体温标（或阿伏伽德罗定律）和焦耳定律的气体.定义2[9]20 完全符合玻意耳定律和阿伏伽德罗定律的气体.定义3[10]60 完全符合方程pV=νRT和焦耳定律的气体.定义4[11]9 完全符合方程pV=νRT的气体.定义5[12] 完全符合方程αV=αp＝1/273.15的气体，其中：αV为气体的体膨胀系数；αp为气体的压强系数.定义6[13] 完全符合玻意耳定律的气体.定义7[14]105 实际气体在压强趋于零时的极限.为了简化理想气体的宏观定义问题，有必要确定几条定义概念应该遵循的原则.一个科学的定义应该是正确的，简单的，同类等价定义较少的，以及能够直达概念本质的.这也是确定“定义概念应该遵循的原则”的基本根据.经过研究，最终把这些考虑概括为4条原则.正确性原则的含义是：根据某对象的某定义，能够唯一的把该对象界定下来.经过分析，以上各个定义都是正确的.关于这一点，有的作者不同意，他们的理由通常是一个定义应该能够反映被定义对象的全部性质，而上述诸定义中的某些定义，如定义6，显然做不到这一点，因此是错误的.这种观点实际上是拔高了正确性原则，是完全不必要的.定义一个对象，只要能够唯一的把该对象界定下来就可以了，完全没有必要把该对象的全部性质都反映出来.举例来说，假设任何2个人的身份证号码不同，身高不同，质量不同，血压不同等，那么要界定一个人，身份证号码、身高、质量、血压等信息只用其中一个就足够了，完全没有必要把这个人的全部信息都用上.事实上，这种“求全”的观点正是造成理想气体的宏观定义问题混乱局面的原因之一，是必须要摒弃的，因为如果不摒弃这种观点，人们还将继续在这种方向错误的工作上浪费时间和精力.简洁性原则的含义是：一个定义使用的结论应该尽可能的少.依照这个原则分析，定义1，2，3都使用了不止一个结论.定义4表面上只使用了一个结论即理想气体状态方程，但我们知道理想气体状态方程实际上包含了玻意耳定律、盖·吕萨克定律、查理定律和阿伏伽德罗定律，因此定义4也使用了不止一个结论.定义5，6，7都只使用了一个结论.因此在以上诸定义中，定义1～4都不符合简洁性原则.另外这里需要说明的是，以往很多作者花了很大精力来讨论理想气体的某些结论的独立性，其实也是为了在定义理想气体时使用尽可能少的结论，也就是要符合这里的简洁性原则.但他们通常都犯了一个错误，即拔高正确性原则.非规律原则的含义是：在定义一个对象时，一般不要使用该对象所符合的规律.因为一个对象所符合的规律通常是很多的，用对象所符合的规律来定义对象很容易导致定义的泛滥.依照这个原则分析，定义5和定义6使用的分别是理想气体的一个实验规律，因此都不符合非规律原则.历史背景原则的含义是：在定义一个概念时，不能脱离产生该概念的历史背景.或者换句话说，应当研究早期的学者是在研究什么问题，以及出于什么考虑的情况下提出该概念的.只有这样才能还原概念的本来面目，并且尽可能的突出概念的本质. 例如：质点的概念是人们发现在很多问题中物体的体积和形状可以忽略的情况下提出的，所以质点通常被定义为“实际物体在线度趋于零时的极限”.再如：刚体的概念是人们发现在很多问题中物体的形变可以忽略的情况下提出的，所以刚体通常被定义为“实际物体在形变趋于零时的极限”.用这一原则来分析定义7.在热学的发展史上，在玻意耳定律、盖·吕萨克定律和查理定律等实验定律提出之后，人们很快就发现实际气体只是近似符合这些实验定律，而且不同实际气体在相同条件下符合同一定律的程度也不一样，但当系统的压强趋于零时，所有实际气体都趋于完全符合这些实验定律.这些实验事实表明，在系统的压强趋于零时，不同实际气体的个性消失，保留下来的只有它们的共性.而理想气体概念所反映的，其实就是这时的不同气体的共性.综合这些，认为定义7很好地反映了理想气体概念的历史渊源和本质，是符合历史背景原则的.理想气体的宏观定义问题的混乱现状给教师的授课和学生的学习带来了一定的麻烦.以往的文献重在研究某些结论的独立性或不同结论的等价或不等价问题，而本文把研究重点放在了定义概念应该遵循的原则上，这或许为人们研究这一问题提供了一个新的思路.提出了定义概念应该遵循的4条原则，并用这些原则分析了理想气体的几个常见宏观定义，发现只有定义7完全符合这4条原则.【相关文献】[1] 唐建辉，彭解华，沈抗存.玻意耳定律与焦耳定律不相互独立[J].高师理科学刊，2008，28（4）：96-97[2] 赵凯华.理想气体状态方程与焦耳定律相互独立吗？[J].大学物理，2001，20（12）：1-2[3] 赵凯华.关于玻意耳定律和焦耳定律相互独立性讨论的小结[J].大学物理，2005，24（3）：1[4] 朱如曾.非相对论热力学中玻意耳定律与焦耳定律的相互独立性[J].大学物理，2005，24（3）：4-7[5] 高炳坤，李复.从建立理想气体状态方程的两条途径谈焦耳定律是否独立[J].大学物理，2006，25（12）：27-28[6] 孙雪松.关于理想气体状态方程和焦耳定律[J].长春师范学院学报：自然科学版，2006，25（3）：34-35[7] 常琳，孟泉水.热力学第三定律与经典理想气体模型的适用条件[J].西安科技大学学报，2011，31（2）：227-229[8] 包科达.关于理想气体的宏观定义[J].大学物理，1999，18（3）：18-20[9] 张奎.关于理想气体定义的再认识[J].大学物理，1990，9（3）：20-21[10] 黄淑清，聂宜如，申先甲.热学教程[M].北京：高等教育出版社，1985：60[11] 鞠东.理想气体的定义[J].大学物理，1997，16（8）：9-11[12] 赵凯华，罗蔚茵.新概念物理教程·热学[M].北京：高等教育出版社，1998：7[13] 张三慧.大学基础物理学（上）[M].2版.北京：清华大学出版社，2007：204[14] 谢世标，陆梅花.理想气体定义的讨论[J].广西民族学院学报：自然科学版，2005，11（4）：105-108。
关于理想气体的宏观定义
包科达
摘要 讨论理想气体的热力学方面的定义.说明：玻意耳定律、理想气体温标(或阿伏伽德罗定律)和焦耳定律是从宏观上界定理想气体的基本属性和特征的三个必不可少的实验定律.
关键词 理想气体；状态方程；热力学温标
ON THE MACROSCOPIC DEFINITION OF IDEAL GAS
Bao Keda
(Department of Physics,Peking University,Beijing,100871,China)
Abstract The thermodynamic definition of ideal gas has been discussed.It is shown that the Boyle′s law,the ideal-gas temperature scale(or the Avogadro′s law)and the Joule′s law are the three indispensable experimental laws defining macroscopically the essential attributes and properties for ideal gas.
Key words ideal gas;equation of state;the thermodynamic temperature scale
1 理想气体的定义
理想气体是热力学和统计物理学中一个基本又重要的模型，因此它的热力学性质已得到相当详尽的研究和讨论.在唯象的热力学理论中，通常把理想气体定
义为一定量的真实气体当压强趋近于零时的极限情况.尽管理想气体的性质不与任何真实气体的性质相符，但它却是真实气体在低密度下的很好近似.对于这一看法，无论是国内外的教科书［1～8］，还是有关的研究论文［9～14］，基本上都是一致的.
人们对理想气体基本性质及其遵循的基本规律，开始系统的和定量的实验研究，可以追溯到300多年以前.例如，玻意耳定律(1662年).随后，又确立了查理定律(1787年)，道耳顿定律(1801年)，盖-吕萨克定律(1802年)，阿伏伽德罗定律(1811年)，克拉珀龙(1834年)-门捷列夫(1874年)的理想气体状态方程*，焦耳定律(1845年)；得到了理想气体的热容量公式，绝热过程方程，理想气体中的声速公式(1816年，拉普拉斯)，理想气体的体膨胀系数和压强系数
α=β=1/T0,T0=273.15 ℃等.很自然地，会提出问题：在上列描述理想气体基本性质的实验定律之间有没有联系?其中是否存在更基础性的，用它们可以定义理想气体的基本属性和特征?
2 均匀物质的热力学性质
应用建立于热力学第一定律和第二定律基础上的热力学理论，对均匀物质的热力学性质的研究［1～5］表明，处于平衡状态的物质热力学性质之间是有联系的，例如均匀物质的盖-吕萨克-焦耳效应
(1)
焦耳-汤姆孙效应
(2)
能量方程
(3)
热容量公式
(4)
绝热指数
(5)
其中κ、κs和α分别表示等温压缩系数、绝热压缩系数和体膨胀系数.在以(T，v)为独立变量的系统中，热力学函数内能和熵可由下式算得：
(6)
(7)
上述结果还进一步说明了，热力学作为一种宏观的唯象理论，具有普遍性，它给出了物质热力学性质之间的一般的和普适的关系.但是，为了定量地确定某一特定的热力学系统的平衡态性质，仍需由实验测定该物质的状态方程
p=p(T,v) (8)
和它在某一恒定体积v0下的比热c v0(T)，因
(9)
3 一个易于忽视的问题
应用上述热力学理论时，必须注意的一点是：建立在热力学第一、二定律基础上的热力学微分方程(例如内能微分方程和第一T d s方程)中，定义的温度T是热力学温度，而当人们用实验测定状态方程或比热随温度变化的关系时，用的是理想气体温标标定的实验温度θ，因此，当我们应用实验测定的状态方程(8)和比热c v0(T)，代入式(6)和(7)计算该物质的热力学性质时，必须回答一个问题：在什么情况下，热力学温度T与实验温度θ等价，即两者成比例关系?不然的话，会得到与实际不符的结论.以理想气体为例，若简单地将状态方程
pv=Rθ (10)
代入式(9)，得到c v(T,v)=c v0(T)，即理想气体的比热只与温度有关，与其体积无关.再应用式(6)，就可得到焦耳定律
(11)
现在，我们讨论可以理想气体温标标定的实验温度θ实现热力学温标T，即
T=Aθ (12)
的条件，其中A为任意常数.
事实上，从基于热力学第二定律的卡诺定理出发，已经证明：热力学温度与实验温度之间有简单的函数关系［1～6］：
T=Aφ(θ) (13)
φ(θ)的具体函数形式与标定实验温度θ时所采用的温标有关.由式(13)可见，T不改变意味着θ也不变，故由能量方程(3)可得［5，6］
(14)
或
(15)
由式(13)，不难得出
(16)
现若用理想气体温标标定实验温度，再考虑到理想气体满足玻意耳定律，则可得到理想气体状态方程(10)，其中［2，4，15］
(17)
是一个对各种气体都适用的常量.其中足标‘3’表示水三相点温度273.16 K下，相应的气体压强和摩尔容积.1972年应用式(17)，测得的气体常量值为
R=8.314 41 J.mol-1.K-1 (18)
现若将式(10)代入式(15)，再应用焦耳实验的结果：气体的内能只是温度的函数，与其体积无关，可得
g(θ)=1/θ,φ(θ)=θ (19)
这样，就有
T=Aθ (20)
适当选择定义固定点的数值，热力学温度就等于实验温度θ；从而可以用理想气体温标实现热力学温标.
值得注意的是，在得到式(20)的过程中，除了玻意耳定律和理想气体温标标定实验温度外，焦耳定律也是一个不可缺少的条件.
阿伏伽德罗定律从实验上提供了另一种确定气体常量R的途径，因此也可以把玻意耳定律、阿伏伽德罗定律和焦耳定律三者看作定义理想气体基本属性和特征的三个必不可少的实验定律.
最后，由公式(6)～(9)还可以看出，为了定量地确定理想气体的热力学性质，第一要用实验测定状态方程，这意味着实验测定气体的普适常量R；第二是焦耳实验，这意味着实验测定气体比热在某一体积下随温度的变化规律.例如对于像氦、氖、氩等单原子气体和钠、镉、汞等金属蒸汽的摩尔热容量等于3R/2；而像空气、氢、氧、氮和一氧化碳等双原子气体，在300～1 500 K温度区间内，定容摩尔热容量可相当好地近似为［4］
(c v/R)=a+bθ+cθ2 (21)
其中的系数a、b和c由实验确定.
*1983年克拉珀龙把玻意耳定律和盖一吕萨克定律结合起来，得到了理想气体状态方程pV=CT，其中C是常数，对于一定量的气体，C与气体的性质有关。
门捷列夫又依据阿伏伽徳罗定律，于己于1874年得到了理想气体状态方程，其中R是对所有气体都相同的气体普适常量。
分类号 O 414
作者单位：北京大学物理系，北京 100871
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收稿日期：1998-04-30。
