Молекулярно-кінетична теорія, яка пояснює властивості речовин на основі декількох постулатів, вводить нове визначення - "ідеальний газ". Будь-який газ, який задовольняє цим постулатам, є ідеальним. Строго кажучи, жоден газ, що існує в природі, не є ідеальним. Однак така абстракція допомагає спростити поняття процесів, що відбуваються всередині газоподібних речовин.
Визначення ідеального газу
Ідеальний газ є теоретичним узагальненням, яке використовується фізиками для аналізу теорії ймовірностей. Ідеальний газ складається з молекул, які відштовхуються один від одного і не взаємодіють зі стінками судини. Всередині ідеального газу не існує сили тяжіння або відштовхування між молекулами, і енергія не втрачається під час зіткнень. Ідеальний газ можна повністю описати за допомогою декількох параметрів: об 'єму, щільності та температури.
Рівняння стану для ідеального газу, широко відоме як Закон про ідеальний газ, має вигляд:
PV = NkT. Рівняння N - це число молекул, k - постійна Больцмана, яка дорівнює приблизно 14000 Джоулів на Кельвін. Найбільш важливим є те, що тиск і обсяг назад пропорційний один одному, і прямо пропорційний температурі. Це означає, що якщо тиск зросте вдвічі, а температура не зміниться, то обсяг газу також збільшиться вдвічі. Якщо ж обсяг газу збільшиться вдвічі, а тиск залишиться постійним, то температура збільшиться вдвічі. У більшості випадків число молекул у газі вважається постійним. Зіткнення між молекулами газу не є ідеально пружними і частина енергії втрачається. Також між молекулами газу існують електростатичні сили взаємодії. Але для більшості ситуацій закон ідеального газу максимально наближений до реальної поведінки газів. Формула співвідношення між тиском, обсягом і температурою може допомогти вченому інтуїтивно зрозуміти поведінку газу.
Практичне застосування
Закон ідеального газу є першим рівнянням, з яким учні знайомляться при вивченні газів на уроках фізики або хімії. Рівняння Ван-дер-Ваальса, яке включає кілька незначних виправлень в основних припущеннях закону про ідеальний газ також є складовою частиною багатьох вступних курсів. На практиці ці відмінності настільки малі, що якщо закон ідеального газу непримінний для цього конкретного випадку, то і рівняння Ван-дер-Ваальса не буде задовольняти умов точності. Як і в більшості розділів термодинаміки, ідеальний газ так само спочатку знаходиться в стані рівноваги. Це припущення не є вірним, якщо тиск, обсяг або температура змінюються. Коли ці змінні змінюються поступово, такий стан, називається квазістатичною рівновагою і помилка в розрахунках може бути невеликою. У разі коли параметри системи змінюються хаотичним чином, то модель ідеального газу є непримінною.