氣體常數(shù)又稱通用或理想氣體常數(shù),通常用符號(hào)R表示,是一個(gè)在物態(tài)方程中連系各個(gè)熱力學(xué)函數(shù)的物理常數(shù),用于表征理想氣體性質(zhì)。氣體常數(shù)與阿伏伽德羅常數(shù)的比為波爾茲曼常數(shù)。
氣體常數(shù)相當(dāng)于玻爾茲曼常數(shù),但以每摩爾每溫度增量(而不是每個(gè)顆粒每溫度增量的能量)表示為能量單位(即壓力 - 體積積)。 常數(shù)也是Boyle定律,Charles法,Avogadro定律和Gay-Lussac定律的常數(shù)組合。
1976年美國標(biāo)準(zhǔn)大氣局將氣體常數(shù)R *定義為:
R * = 8.31432×103N m kmol-1 K-1。
注意使用千摩爾單位,導(dǎo)致常數(shù)中的因子為1000。 USSA1976承認(rèn)該值與Avogadro常數(shù)和Boltzmann常數(shù)的引用值不一致。這種差異與準(zhǔn)確性并不是顯著的偏離,USSA1976將這個(gè)R *值用于標(biāo)準(zhǔn)氣氛的所有計(jì)算。 當(dāng)使用R的ISO值時(shí),計(jì)算出的壓力在11公里(相當(dāng)于只有17.4厘米或6.8英寸的差異)上增加了0.62帕斯卡,而在20公里增加了0.292帕(相當(dāng)于只有差異 0.338米或13.2英寸)。
氣體常數(shù)表征理想氣體熱力學(xué)特性的一個(gè)常數(shù)。 為理想氣體的絕對(duì)壓力p和比容v 的乘積與熱力學(xué)溫度T之比。常以 符號(hào)“R”表示,單位為“J/(kg·K)”。 氣體常數(shù)在數(shù)值上即相當(dāng)于質(zhì)量 為1kg的理想氣體在可逆定壓加熱過程中溫度每升高1K時(shí)對(duì)外所作出的膨脹功。其值僅取決于氣體的種類,與氣體所處的熱力狀態(tài)無關(guān)。例如氧氣的R總是等于 259.8J/ (kg·K)、氮?dú)獾腞恒為 296.7J/(kg·K)等。在工程熱力學(xué)等學(xué)科中,常根據(jù)通用氣體常數(shù)除以千摩爾質(zhì)量或按邁耶公式來計(jì)算確定各種理想氣體的氣體常數(shù)。
折合氣體常數(shù)是指,混合氣體是多種氣體的混合物,工程上把混合氣體看作某種假想的單質(zhì)氣體,該假想氣體的氣體常數(shù)成為折合氣體常數(shù)。
折合氣體常數(shù)用Rg,eq表示:
Rg,eq = R / Meq
式中,R為通用氣體常數(shù),也稱為普適氣體恒量,R=8.31J/(mol.K)。
理想氣體狀態(tài)方程:pV=nRT
已知標(biāo)準(zhǔn)狀況(備注:0℃,1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下,1mol理想氣體的體積為22.4L
把p=101325Pa,T=273K,n=1mol,V=22.4L=0.0224m3代進(jìn)去得到R=8.3138462≈8.314,單位J/(mol·K)
玻耳茲曼常數(shù)的定義就是k=R/Na
Rg = R/M, Rg 為所求氣體的氣體常數(shù)。R稱為通用氣體常數(shù),也稱普適氣體恒量,不會(huì)隨氣體的分子量變化而改變。M為所求氣體的摩爾質(zhì)量,例如1mol氫氣的 Rg ,R為8.314,1mol氫氣的M為0.002KG,則 Rg =8.314/0.002=4157J/(mol·K)
根據(jù)狀態(tài)方程式R = pVm / T計(jì)算得到.對(duì)于實(shí)際氣體,R與壓力、溫度、氣體種類有關(guān)。但溫度較高、壓力較低時(shí),R近于常數(shù).當(dāng)T 較高,p→0時(shí),無論何種氣體,均有:
R =(pVm)p→0/T=8.3145J·mol^(-1)·K^(-1) -摩爾氣體常數(shù)
注意:
(1) 實(shí)際氣體只有在溫度較高,壓力較低時(shí)的行為符合理想氣體.
(2) 摩爾氣體常數(shù)R用8.3145J·mol^(-1)·K^(-1)
(3) 氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積是指1mol理想氣體在273.15K、101.325kPa下的體積,數(shù)值為 22.414dm^(3).
R在氣體的PVT關(guān)系理論中稱為通用氣體常數(shù),不因其它因素而改變!無論是理想氣體狀態(tài)方程、還是真實(shí)氣體的狀態(tài)方程,方程的形式可以不同(真實(shí)氣體會(huì)相當(dāng)復(fù)雜),但氣體常數(shù)R的值始終是8.3145.