Уравнение состояния идеального газа

Термодинамические характеристики идеального газа описываются одним простым уравнением.

Математическая запись универсального газового закона проста:

    pV = nRT *

Она содержит основные характеристики поведения газов: p, V и T — соответственно давление, объем и абсолютная температура газа (в градусах Кельвина), R — универсальная газовая постоянная, общая для всех газов, а n — число, пропорциональное числу молекул или атомов газа (так называемое число молей газа — см. Закон Авогадро).

Чтобы понять, как работает этот закон, давайте представим, что температура газа постоянна. В этом случае в правой части уравнения получается константа. Значит, произведение давления и объема при неизменной температуре оказывается неизменным. Повышение давления сопровождается уменьшением объема, и наоборот. Это не что иное, как закон Бойля—Мариотта — одна из первых экспериментально полученных формул, описывающих поведение газов. С другой стороны, при постоянном давлении (например, внутри воздушного шарика, где давление газа равно атмосферному) повышение температуры сопровождается увеличением объема. А это — закон Шарля, другая экспериментальная формула поведения газов. Закон Авогадро и закон Дальтона также являются следствиями универсального газового закона.

Этот закон представляет собой то, что в физике принято называть уравнением состояния вещества, поскольку он описывает характер изменения свойств вещества при изменении внешних условий. Строго говоря, этот закон в точности выполняется только для идеального газа. Идеальный газ представляет собой упрощенную математическую модель реального газа: молекулы считаются движущимися хаотически, а соударения между молекулами и удары молекул о стенки сосуда — упругими, то есть не приводящими к потерям энергии в системе. Такая упрощенная модель очень удобна, поскольку позволяет обойти очень неприятную трудность — необходимость учитывать силы взаимодействия между молекулами газа. И это себя оправдывает, поскольку в природных условиях поведение большинства реальных газов практически не отличается от поведения идеального газа — отклонения в поведении практически всех природных газов, например атмосферного азота и кислорода, от поведения идеального газа не превышают 1%. Это позволяет ученым спокойно включать уравнение состояния идеального газа даже в весьма сложные теоретические расчеты. Например, астрономы при моделировании горячих звезд обычно считают вещество звезды идеальным газом и весьма точно прогнозируют давления и температуры внутри них. (Заметьте, что вещество внутри звезды ведет себя как идеальный газ, хотя его плотность несопоставимо выше плотности любого вещества в земных условиях. А дело в том, что вещество звезды состоит из полностью ионизированных ядер водорода и гелия — то есть из частиц значительно меньшего диаметра, чем диаметр атомов земных газов.) В будущем, по мере совершенствования теоретических методов, возможно, будут выведены более точные уравнения для описания состояния реальных газов с учетом их характеристик на молекулярном уровне.


* Эта формула была получена в 1874 году Д. И. Менделеевым путем объединения закона Авогадро и общего газового закона (pV/T = const), сформулированного в 1834 году Б. П. Э. Клапейроном. Поэтому этот закон (в Европе, по крайней мере) принято называть законом Менделеева—Клапейрона. По существу, этот закон позволил ввести все ранее сделанные эмпирические заключения о характере поведения газов в рамки новой молекулярно-кинетической теории. (Примечание переводчика)

См. также:
Закон Дальтона
Закон Авогадро
Закон Грэма

3
Показать комментарии (3)
Свернуть комментарии (3)

  • sipsja  | 05.02.2008 | 13:26 Ответить
    кстате рысширенная формула:pV=m/MRT
    Ответить
  • Рудольф  | 22.10.2016 | 20:49 Ответить
    Странно: облако газопылевое, а вещество звезд считают идеальным газом, состоящим из полностью ионизированных ядер водорода и гелия. Куда делась космическая пыль (по современным представлениям это твердые микрочастицы силикатов), присутствовавшая в зонах уплотнения в процессе формирования звезд?
    Ответить
  • mpn2  | 01.03.2017 | 18:59 Ответить
    Цитирую: "молекулы считаются движущимися хаотически, а соударения между молекулами и удары молекул о стенки сосуда — упругими, то есть не приводящими к потерям энергии в системе. Такая упрощенная модель очень удобна, поскольку позволяет обойти очень неприятную трудность — необходимость учитывать силы взаимодействия между молекулами газа. И это себя оправдывает, поскольку в природных условиях поведение большинства реальных газов практически не отличается от поведения идеального газа — отклонения в поведении практически всех природных газов, например атмосферного азота и кислорода, от поведения идеального газа не превышают 1%."

    Эта глупость про то что Идеальный газ и Реальный газ одно и тоже, и то
    что это помогает обойти "трудность — необходимость учитывать силы взаимодействия между молекулами газа", на самом деле помогает обойти фундаментальные законы Ньютона. Это помогает не отвечать на вопрос почему в Реальном газе молекулы не теряют кинетическую энергию после каждого соударения. Это помогает не отвечать на вопрос откуда у молекул вечная кинетическая энергия.Это помогает не отвечать на вопрос почему при большей плотности вещества молекулы начинают летать быстрее.

    Можете ответить почему давление воды на поверхности при +25°С меньше чем на глубине 10метров в два раза при температуре на глубине+4°С.?
    Можете ответить почему давление воды на глубине 10 метров в два раза больше при температуре в шесть раз меньше?
    Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»