理想气体定律
气体粒子不断地四处运动，并撞击容器的壁，这正是压强产生的原因。把气体压缩到更小的体积、给它加热，或者增加气体粒子的数量，压强就会升高，因为分子挤得更密集，或者运动得更快，撞击壁的力度更大、次数更频繁。理想气体定律把压强、体积、气体的量和温度用一个方程联系了起来。
公式
P · V = n · R · T
- P — 压强 (Pa): 气体施加在容器壁单位面积上的力
- V — 体积 (m³): 气体所占据的空间大小
- n — 物质的量 (mol): 存在的气体粒子有多少摩尔
- R — 气体常数 (J/(mol·K)): 一个固定的数值，把压强、体积、物质的量和温度的单位联系起来
- T — 温度 (K): 气体有多热，用开尔文温标衡量
解题示例
一个容器装有1摩尔气体，温度为300开尔文，被压缩到3立方米的体积中。这些气体施加的压强是多少？
- n = 1 mol
- T = 300 K
- V = 3 m³
- P = n · R · T / V
- P = (1 mol · 8.31 J/(mol·K) · 300 K) / 3 m³
P = 831 Pa
自我检测
如果温度降到200开尔文，而体积和气体的量保持不变，新的压强是多少？
- 正确答案: 554 Pa
- 831 Pa
- 1662 Pa
答对了！温度越低，压强越低:1摩尔乘以8.31再乘以200,除以3立方米，等于554帕斯卡。
一个气球在压强和气体的量都保持不变的情况下，体积增大到原来的两倍。它的温度必须发生什么变化？
- 保持不变
- 正确答案: 变为原来的两倍
- 减半
回答正确！在压强不变的情况下，体积和温度会同步上升，所以体积变为两倍，温度也会变为两倍。
在哪里能看到
夏天长途行驶之后，汽车轮胎的胎压读数会变高——轮胎的滚动和弯折使内部的空气变暖，而在体积不变的情况下，气体越暖，分子撞击器壁就越频繁，压强也就越大。而密封的薯片袋在山路上行驶时会像枕头一样鼓起来：外界空气向内按压的力变小，袋内同样多的气体就能把袋子撑得更大。
常见误区
最致命的失误是把摄氏温度直接代进方程——这里的温度是绝对温度，要以开尔文为单位，因为气体的行为取决于分子实际运动得多快，而不是水在哪里结冰。第二个错误是把 P、V、n、T 当成四个互不相干的旋钮：在体积和物质的量固定的情况下，从 300 K 冷却到 200 K，压强会严格按比例下降，P = n · R · T / V 给出 (1 mol × 8.31 × 200 K) ÷ 3 m³ = 554 Pa。动了其中一项，另一项就必须跟着变。
关联知识
这是热力学的奠基方程——它定义了温度对气体意味着什么（分子运动的读数），也说明了这种运动如何变成压强。接下来的量热学问的是：改变这个温度在能量上要付出多少代价；而 R 正是那个贯穿整个热力学、反复出现的普适常数。