Идеален газ
Идеалният газ е теоретичен модел на газ, съставен от много произволно движещи се материални точки, взаимодействията между които се пренебрегват.[1] Концепцията за идеалния газ е полезна, защото се подчинява на уравнението на Клапейрон – Менделеев, опростено уравнение на състоянието, и подлежи на анализ в рамките на статистическата механика. Изискването за нулево взаимодействие често може да бъде отменено, ако например взаимодействието между частиците представлява еластични удари. Този модел описва добре свойствата на реалните газове, освен при екстремни условия – налягане, температура или и двете едновременно. Например, при стайна температура и налягане идеалният газ е добро приближение за реалните газове.
При различни условия на температура и налягане много реални газове се държат качествено като идеален газ, където молекулите на газа (или атомите при едноатомните газове) играят ролята на идеални частици. Благородните газове и смесите като въздуха,[2] имат значителен диапазон на параметрите около стандартни температура и налягане. Като цяло, газът се държи по-скоро като идеален газ при по-висока температура и по-ниско налягане,[2] тъй като потенциалната енергия поради междумолекулните сили става по-малко значима в сравнение с кинетичната енергия на частиците, а размерът на молекулите става по-малко значим в сравнение с празното пространство между тях. Един мол идеален газ има обем 22,71095464... l (точна стойност въз основа на новите определения в SI)[3] при стандартна температура и налягане (температура от 273,15 K и абсолютно налягане от точно 105 Pa).бел.
Моделът на идеалния газ не е приложим при по-ниски температури или по-високи налягания, където междумолекулните сили и размерът на молекулите стават важни. Той също не е приложим за повечето тежки газове, като например много хладилни агенти[2] и за газове с големи междумолекулни сили, по-специално водна пара. При определена ниска температура и високо налягане реалните газове претърпяват фазов преход, като например в течност или твърдо вещество. Моделът на идеалния газ обаче не описва и не допуска фазови преходи. Те трябва да бъдат моделирани с по-сложни уравнения на състоянието. Отклонението от поведението на идеалния газ може да бъде описано с безразмерната величина фактор на сгъстимост Z.
Моделът на идеалния газ е изследван както в Нютоновата динамика (също и в „кинетичната теория на газовете“), така и в квантовата механика (като „газ в кутия“). Моделът на идеалния газ е бил използван и за моделиране на поведението на електроните в метал (в модела на Друде и модела на свободните електрони) и е един от най-важните модели в статистическата механика.
Ако налягането на идеален газ се намали в процес на дроселиране, температурата на газа не се променя. (Ако налягането на реален газ се намали в процес на дроселиране, неговата температура или спада, или се повишава, в зависимост от това дали неговият коефициент на Джаул-Томсън е положителен или отрицателен.)
- ↑Бележка. До 1982 г. стандартните температура и налягане се дефинират като температура от 273,15 K и абсолютно налягане от точно 1 atm. Обемът на един мол идеален газ при тази температура и налягане е 22,413962(13) литра.[4] IUPAC препоръчва предишното използване на тази дефиниция да бъде преустановено.[5] Въпреки това, някои публикации все още използват тези стари стойности.
Източници
[редактиране | редактиране на кода]- ↑ Tuckerman, Mark E. Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulation. 1st. 2010. ISBN 978-0-19-852526-4. с. 87.
- 1 2 3 Cengel, Yunus A., Boles, Michael A. Thermodynamics: An Engineering Approach. 4th. McGraw-Hill, 2001. ISBN 0-07-238332-1. с. 89.
- ↑ CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 100 kPa) // Посетен на 1 септември 2023.
- ↑ CODATA Value: molar volume of ideal gas (273.15 K, 101.325 kPa) // Посетен на 7 февруари 2017.
- ↑ Calvert, J. G. Glossary of atmospheric chemistry terms (Recommendations 1990) // Pure and Applied Chemistry 62 (11). 1990. DOI:10.1351/pac199062112167. с. 2167 – 2219.