Уравнение состояния идеального газа. Понятие об идеальных и реальных газах

Под идеальным газом понимают воображаемый газ, в котором отсутствуют силы притяжения между молекулами, а собственный объем молекул исчезающе мал по сравнению с объемом междумолеку­лярного пространства. Таким образом, молекулы идеального газа принимают за материальные точки. В действительно существую­щих газах при высоких температурах и малых давлениях можно пренебречь силами притяжения и объемом самих молекул. Поэтому такие газы можно также считать идеальными.

В тех газах, которые находятся в состояниях, достаточно близ­ких к сжижению, нельзя пренебречь силами притяжения между мо­лекулами и объемом последних. Такие газы нельзя отнести к идеаль­ным, и их называют реальными газами.

Идеальные газы строго подчиняются законам Бойля–Мариотта, Гей–Люссака, Авогадро и Дальтона.

Характеристическое уравнение идеального газа или уравнение состояния связывает между собой основные параметры состояния – давление, объем и температуру.

P∙V = M∙R∙T, (1.5)

где р – давление газа, Па, V – объем газа, м³, М – масса газа, кг, Т – температура газа, К, R – газовая постоянная, (работа 1 кг идеального газа при постоянном давлении и изменении температуры на 1 К).

Уравнение состояния для 1 кг газа

P∙v = R∙T. (1.6)

Если в уравнении (1.5) заменить М на µ, где µ – молярная масса газа, а также учесть, что , получим уравнение Клапейрона – Менделеева

, (1.7)

где V_µ – объем 1 кмоля рабочего тела, м³/кмоль, V_µ = 22,4 м³/кмоль для всех идеальных газов при нормальных физических условиях (при р = 101325 Па и Т = 273,15 К);

– универсальная газовая постоянная.

Удельный объем любого газа при нормальных условиях равен

, м³/кг. (1.8)

Если уравнение (1.7) записать для нормальных физических ус­ловий, получим:

. Дж/(кмоль К).

Газовая постоянная 1 кг конкретного рабочего тела будет равна:

. (1.9)

Пользуясь характеристическим уравнением для двух различных
состояний какого–либо газа, можно получить выражение для определения любого параметра при переходе от одного состояния к другому, если значения остальных параметров известны:

; (1.10)

. (1.11)

Уравнение (1.10) часто применяют для «приведения объема к нормальным условиям» т.е. для определения объема занимаемого газом при р = 101325 Па и Т= 273,15 К, если объем его при каких–либо значениях р и t известен. Для этого случая уравнение (1.10) обычно представляют в виде

. (1.12)