本章節(jié)介紹的理想氣體定律和理想氣體狀態(tài)方程，主要包括波義耳-馬略特定律、蓋·呂薩克定律、查理定律、道爾頓定律、阿佛加德羅定律，是針對平衡狀態(tài)下的理想氣體得出的。不過，常溫(與室溫相比)低壓(相對大氣壓而言)下的各種氣體都可以看作是近似程度相當(dāng)好地理想氣體，因此，我們可以放心地把這些定律和公式應(yīng)用于真空工程的絕大部分計算之中。這其中包括通常所涉及到的各種氣體，甚至于接近飽和的蒸汽(如水蒸汽);也包括各類氣體狀態(tài)過程，甚至于明顯的非平衡狀態(tài)(如氣體的流動過程)。

　　氣體的壓力p(Pa)、體積V(m³)、溫度T(K)和質(zhì)量m(kg)等狀態(tài)參量間的關(guān)系，服從下述氣體實驗定律：

1、波義耳-馬略特定律

　　一定質(zhì)量的氣體，若其溫度維持不變，氣體的壓力和體積的乘積為常數(shù)

pV = 常數(shù) (1)

2、蓋·呂薩克定律

　　一定質(zhì)量的氣體，若其壓力維持不變，氣體的體積與其絕對溫度成正比

V/T = 常數(shù) (2)

3、查理定律

　　一定質(zhì)量的氣體，若其體積維持不變，氣體的壓力與其絕對溫度成正比。

p/T = 常數(shù) (3)

　　上述三個公式習(xí)慣上稱為氣體三定律。具體應(yīng)用方式常為針對由一個恒值過程連結(jié)的兩個氣體狀態(tài)，已知3個參數(shù)而求第4個參數(shù)。例如：初始壓力和體積為P1、V1，的氣體，經(jīng)等溫膨脹后體積變?yōu)閂2，則由波義耳--馬略特定律，可求得膨脹后的氣體壓力為P2 = P1V1/V2。這正是各種容積式真空泵最基本的抽氣原理。

4、道爾頓定律

　　相互不起化學(xué)作用的混合氣體的總壓力等于各種氣體分壓力之和。

P = P1 + P2+····+ Pn (4)

　　這里所說的混合氣體中某一組分氣體的分壓力，是指這種氣體單獨(dú)存在時所能產(chǎn)生的壓力。

　　道爾頓定律表明了個組分氣體壓力的相互獨(dú)立和可線性疊加的性質(zhì)。

5、阿佛加德羅定律

　　等體積的任何種類氣體，在同溫度同壓力下均有相同的分子數(shù);或者說，在溫度同壓力下，相同分子數(shù)目的不同種類氣體占據(jù)相同的體積。1mol任何氣體的分子數(shù)目叫做阿佛加德羅數(shù)，NA = 6.022×10²³mol^-1。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(po = 1.01325×10⁵Pa，To = 0^oC)，1mol任何氣體的體積稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾體積，Vo = 2.24×10^-2m³mol^-1。

　　根據(jù)上述氣體定律，可得到反映氣體狀態(tài)參量p、V、T、m之間定量關(guān)系的理想氣體狀態(tài)方程：

pV = m/M(RT) (5)

　　式中的M為氣體的摩爾質(zhì)量(kg/mol)，R為普適氣體常數(shù)，R=8.31J/(mol·K)。在已知p、V、T、m四參量中的任意三個量時，可由此式求出另外一個值。例如氣體的質(zhì)量m = pVM/(RT)

　　一定質(zhì)量的氣體，由一個狀態(tài)(參量值為p1、V1、T1)經(jīng)過任意一個熱力學(xué)過程(不必是恒值過程)變成另一狀態(tài)(參量值為p2、V2、T2)，根據(jù)狀態(tài)方程，可得到關(guān)系式：

p1V1/T1 = p2V2/T2 (6)

　　對(5)變換，還可計算單位體積空間內(nèi)的氣體分子數(shù)目和氣體質(zhì)量，即氣體分子數(shù)密度n(m^-3)和氣體密度p(kg/m³)

n = mNA/MV = pNA/RT = p/kT (7)

p = m/V = pM/RT (8)

　　系數(shù)k = R/NA = 1.38×1023J/K 稱為波爾茲曼常數(shù)。