Идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа

Простейшим объектом исследований молекулярной физики является идеальный газ.

Идеальный газ – это модель реального газа, обладающего следующими свойствами:

- собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

- между молекулами отсутствуют силы взаимодействия;

- столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда являются абсолютно упругими.

Количество вещества, обозначаемое ν, в системе СИ измеряется в молях: 1 моль - такое количество вещества, в котором содержится столько же атомов или молекул, сколько в 12 г чистого изотопа углерода . Моль – основная единица системы СИ. Один моль разных веществ содержит одно и то же число молекул N_A  = 6,02 х 10²³, называемое числом Авогадро. Масса одного моля вещества М, называемая молярной массой, равна

, (2.1)

где m₀ – масса молекулы.

Число молекул в произвольной массе вещества определяется выражением:

, (2.2)

где m – масса газа, ν – количества вещества.

Состояние некоторой массы газа m определяется параметрами состояния, к которым относятся давление p, объем V, температура T. На основании обобщения эксперимен- тальных данных было получено соотношение, связывающее основные макроскопические параметры состояния газа:

, (2.3)

где - универсальная газовая постоянная.

Это уравнение называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Менделеева - Клапейрона.

Введя новую фундаментальную постоянную , называемую постоянной Больцмана, получим еще одну форму записи уравнения состояния

, (2.4)

где - концентрация молекул.

Это уравнение показывает, что при одинаковых значе- ниях температуры и давлении все газы содержат в единице объема одинаковое число молекул, а моли любых газов занимают одинаковые объемы (закон Авогадро).

Давление смеси идеальных газов подчиняется закону Дальтона, в соответствии с которым это давление равно сумме парциальных давлений, входящих в нее газов

, (2.5)

Парциальное давление это давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал этот объем при той же температуре.