Идеальный газ
Идеальный газ — это упрощённая модель газа, в которой молекулы считают очень маленькими по сравнению с расстояниями между ними, а их взаимодействие учитывают только во время столкновений. Модель помогает объяснять свойства реальных газов и выводить газовые законы.
Модель строится на основе постулатов молекулярно-кинетической теории. Частицы идеального газа непрерывно и хаотически движутся, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. При столкновениях со стенками они изменяют импульс, поэтому возникает давление газа. Чем быстрее движутся частицы, тем выше их средняя кинетическая энергия и, как правило, температура.
Основные допущения модели
- размеры частиц намного меньше расстояний между ними и объёмом сосуда;
- между столкновениями частицы движутся примерно равномерно и прямолинейно;
- силы притяжения и отталкивания вне столкновений не учитываются;
- столкновения частиц между собой и со стенками считают упругими, то есть суммарная кинетическая энергия сохраняется.
Связь с величинами газа
Состояние идеального газа описывают давлением \(p\), объёмом \(V\), температурой \(T\) и количеством вещества \(\nu\). Их связь выражает уравнение состояния газа:
Здесь \(R\) — универсальная газовая постоянная. Формула показывает, что при неизменном количестве газа увеличение температуры или уменьшение объёма обычно приводит к росту давления.
Воздух в закрытом баллоне можно приближённо считать идеальным газом. Если баллон нагреть, объём почти не изменится, но частицы будут двигаться быстрее и чаще передавать стенкам импульс, поэтому давление возрастёт.
Идеальный газ — не особый газ и не газ без частиц. Это модель. Реальные газы ближе всего к ней при невысоком давлении и достаточно высокой температуре, когда расстояния между частицами велики.
Что произойдёт с давлением газа в жёстком закрытом сосуде при нагревании?
Главное
- Идеальный газ — упрощённая модель частиц с пренебрежимо малыми размерами и взаимодействием только при столкновениях.
- Давление связано с ударами движущихся частиц о стенки сосуда, а температура — со средней кинетической энергией их движения.
- Состояние идеального газа описывает формула \(pV=\nu RT\).