Question

为什么相同体积压强的两种气体，温度越低的质量越大？

Answer 1

这个问题可以用基本的理想气体状态方程和动能论来解释。
根据理想气体状态方程 PV = nRT ，对于相同体积压强的两种气体，它们的摩尔数(n)和温度(T)是相同的，当然压强(P)和体积(V)也相同。因此，可以看出两种气体的物态相同。又因为 PV = m/M RT (其中，m 为气体的质量，M 为气体的摩尔质量)，所以两种气体的质量 m 相同，摩尔质量 M 不同。
考虑两种气体中分子的平均动能 E，由动能论知道，分子的平均动能与其温度成正比，即 E ∝ T。因此，在温度相同的情况下，两种气体的分子的平均动能相同。
接下来我们将分别考虑两种气体在不同温度下的平均速率 v 平均 的大小关系。根据动能论，分子的平均动能 E = mv²/2。将式子转换一下，可以得到 v² = 2E/m。因为两种气体在相同温度下的平均动能相同，而质量较小的气体分子的质量小，所以它的平均速率 v 就更大。
在不同温度下，两种气体分子的平均速率是不同的。我们假设温度较低的气体为 A，温度较高的气体为 B。由于在相同压强下，两种气体的体积相同，所以气体内部的分子间撞击次数也相同。此时，温度更低的气体分子 A 的平均速率比温度更高的气体 B 的平均速率更慢。因此，气体 A 中的分子更容易被分子 B 撞击到，使得气体 A 受到的压强更大，而气体 B 受到的压强更小。
综上所述，对于相同体积压强的两种气体，在温度越低的情况下，分子的平均速率越小，因此质量更大的气体分子更容易受到分子撞击，承受更大的压力，最终产生的压强更大。