为什么气体实验定律要求气体压强不太大，温度不太高？

Question

气体实验定律适用于非理性气体吗？
气体三个实验定律综合起来其实就是气体状态方程了，但书上要求的是温度不太高。还有，你说了这么多，都在说气体定律的适用条件，没说为什么气体实验定律不适用非理性气体啊。
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“非理想气体之所以不适用气体的三大实验定律，主要就是它们的分子间距不够大（参考第二点的第二段），以至于不能忽略它们分子之间的引力和分子体积”我感觉这点还不是最本质的原因啊，你按照理解理想气体时从微观角度去理解非理想气体，我感觉实验定律也适用于非理想气体啊！只要它不液化。难道压强不太大仅仅只是为了说明气体在液化前的状态？
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呵呵，"由于分子之间引力的存在，必然要减少对外部表面的压力"终于说到关键了，我之前不知道这点，无论怎样想，觉得是不是理想气体都能适应实验定律。那现在我还有一个问题，就是为什么分子间存在引力，就会减少对外部表面的压力？ 我再问一下，百度问问补充问题，所有回答者都有提示的吗？

Answer 1

楼主说的应该是理想气体状态方程式吧。

首先，理想气体状态方程式的适用条件，或使用要求是：①压力（压强）较低；②温度较高。而不是“温度不太高”。

第二，之所以有上述两个要求，这与“理想气体”的概念有关。所谓理想气体，是指忽略了气体分子间的引力和气体分子的体积的一种理想条件下的气体。

通常条件下（即常温条件下），空气就可以当做理想气体，其原因是：这时的空气分子间的距离很大，分子间的引力小到可以忽略不计，且气体分子的体积与整个气体的体积相比也是极小的，可以忽略不计，这就符合了理想气体的条件了。所以，常温下的空气，可以当做理想气体，并且用理想气体状态方程式来计算，也不会产生很大的误差。

第三，压力和温度对“理想气体状态方程式”的影响。

（1）压力的影响（此时温度不变）。显然，当压力升高后，气体被压缩，则气体分子间的距离必然要减小，这必然要引起分子间的引力加大，并且分子体积占总体积的比上升。如果引力和体积比大到不可忽略的程度，那么，这时就不能再当做是理想气体了。当然，理想气体状态方程式也就不能使用了，否则，必然会产生很大的误差。
（2）温度的影响（此时压力不变）。显然，温度降低后，气体体积也是减小的，则气体分子间的距离必然要减小，其理由同上。

第四，关于理想气体状态方程式的适用范围。由理想气体的概念可知，只要是实际气体可以做到忽略分子间的引力和分子体积，就可以使用理想气体的状态方程式。如上所述，常温下的空气就可以当做是理想气体。关键是如何判断呢？这里有个简易的办法，就是气体远离其液体时的状态，就可以。因为，刚刚从液态转变成气体，其分子间的距离肯定是很小的，但当继续降低压力或升高温度后，其分子间的距离必然加大，只要足够大（即远离液体状态），就行了。如水蒸气通常离其液体状态较近，所以，水蒸气是不能当做理想气体的。

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楼主说的“理性”就是“理想”吧。

我在第四点已经说过了，凡是“气体远离其液体时的状态”的气体，就可以当做是理性气体，否则就是非理想气体。非理想气体的状态，离它们的液体状态比较近，因而它们的分子引力和分子体积是不能忽略的，但要划个明显的界线很难，但凡是饱和蒸汽之类的气体，如饱和水蒸气、氨蒸汽、制冷剂工质蒸汽、酒精蒸汽、金属汞蒸汽，等之类的蒸汽，一般都是非理想气体。我们掌握的大部分气体，如空气、氧气、氮气、氢气、氧化氮、氩气、氙气、氦气等，在通常条件下都是理想气体。水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等只有在低压或高温下才能当成是理想气体。

总之，大部分单原子气体和双原子气体都可以当做理想气体，大部分三原子气体及更多原子的气体，是需要一定条件才能当做理想气体的。

非理想气体之所以不适用气体的三大实验定律，主要就是它们的分子间距不够大（参考第二点的第二段），以至于不能忽略它们分子之间的引力和分子体积。

书上说“温度不太高”，这一点，我不记得了。我想，这些实验都是在常温下进行的。但实际上，温度越高，适用气体实验定律的气体就越多，也越精确。某教材有这样的实验，是空气的，现给你看一下，供你参考。

T（K） P（atm） v（m^3/kg） v测（m^3/kg） 相对误差(%)
300 1 0.84992 0.84925 0.02
300 10 0.084992 0.08477 0.26
300 100 0.0084992 0.00845 0.58
200 100 0.00566 0.0046 23.18
90 1 0.25498 0.24758 2.99

上表第一列为温度，第二列为压力，第三列为按公式计算的比体积，第四列为在同样条件下实际测量的比体积，第五列为计算与测量之间的相对误差。

由上表可以看出，当温度T=300K时，随着压力的增加（1,10,100），误差加大；当压力P=1atm时，温度增加（90，300），误差减小；特别地，当T=200K，P=100atm时，误差最大，也即压力较高时，温度不能太低，较高的压力，温度必须要高。

所以，气体的温度越高，压力越低，就越适合气体实验定律。

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距离不够大，就是本质问题。这一点，可以从后来很多的对理想气体的“修正”方程式就可以看出。如著名的“范德瓦尔斯”气体状态方程式，就是从分子引力和分子体积入手的。他认为，由于分子之间引力的存在，必然要减少对外部表面的压力，故实际气体对表面的压力要比理想的小，他是用“内压力”进行修正的，也即
理想气体的压力=实际气体的压力+内压力
对于分子体积而言，由于分子体积的存在，限制了气体分子的“自由活动”空间，故实际气体的活动空间要小，应减去分子的体积，即
理想气体的自由活动空间=实际气体的活动空间+分子体积
最终，范德瓦尔斯得到了他的著名的气体状态方程式：
(P+a/Vm^2)×(Vm-b)=R×T （a、b为气体常数）
这个方程式，比理想气体方程式要精确的多，但在液体附近的气体，仍然有很大的误差。这充分表明，分子间距的影响是非常显著的。后来，R-K方程（德立,Redlichh和匡,Kwong）于1949年在范德瓦尔斯方程的基础上，再次对分子内压力进行修正，使方程的精度更进一步提高，基本可以用于相变下（离液态很近了）的气体计算。这个方程较复杂，就不再介绍了。后来，1972年R-K-S在R-K方程的基础上，再次进行了修正，得到了更精确的方程。1976年又出现了P-R方程。这些方程都是在R-K方程基础上的更进一步的拓宽。等等。现在的方程很多，已经可以计算到液相了，如M-H81型方程，已经扩展到液体的计算了。但这些方程已经非常非常复杂了，没有理想气体方程那样简单了，除非需要非常非常的精确计算，一般是不采用这些方程的。

至于“压力较低”指的是气体，不是液体。当然，压力的大小，对液体的气化温度有显著的影响。我说的是，只要气体压力足够小，即便很接近液相，但理想气体状态方程式仍然是好用的。这也是低压与高压的很大不同之处。

另外，我已经不习惯用“压强”这个概念来表达气体的“压强”了。本质上来说，压力与压强是不同的概念。但在气体问题上，我所涉及的领域，都是用“压力”来表示“压强”的。回想起来，中学都用“压强”，大学以后，都变成“压力”了（只对气体、液体而言）。希望我说的“压力”，你能理解。
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“为什么分子间存在引力，就会减少对外部表面的压力？”
我们还是举个例子吧。如果只有两个磁性铁球，没有别的物体，将其中一个固定不动，而另一个沿着某个方向去撞墙，你说情况会怎样呢？现在简要分析一下。
1、两个小球相距很远，它们之间产生的吸力可以忽略，那么这时撞击墙的力量是F1；
2、两个小球相距很近，它们之间产生的吸力对运动的小球有影响了，那么，这时撞击墙的力量是F2；
3、F1与F2的大小问题。显然，F1＞F2
4、结论：距离越近，撞击墙的力量就越小。
5、推论：气体分子也是如此。
显然高压、低温时，气体分子的间距比较小，其引力会对外表面有一定的影响，就是这个道理。

关于“百度问问补充问题，所有回答者都有提示的吗？”，我不太清楚，就不能班门弄斧了，请你谅解。