Idealny gaz

Jak wiadomo, wszystkie substancje w przyrodzie mają swojestan zagregowany, z których jednym jest gaz. Cząstki składowe - cząsteczki i atomy - znajdują się w dużej odległości od siebie. Jednocześnie są w ciągłym ruchu swobodnym. Ta właściwość wskazuje, że oddziaływanie cząstek występuje tylko w momencie zbliżania się, gwałtownie zwiększając prędkość zderzających się cząsteczek i ich wielkość. Ten gazowy stan substancji różni się od stałego i ciekłego.

Samo słowo "gaz" w języku greckimjako "chaos". To doskonale charakteryzuje ruch cząsteczek, który jest w rzeczywistości przypadkowy i chaotyczny. Gaz nie tworzy określonej powierzchni, wypełnia całą dostępną objętość. Taki stan substancji jest najbardziej powszechny w naszym wszechświecie.

Prawa określające właściwości i zachowanietakiej substancji najłatwiej jest sformułować i rozważyć na przykład stan, w którym względna gęstość cząsteczek i atomów jest niska. Nazywano go "gazem idealnym". W tym przypadku odległość między cząstkami jest większa niż promień oddziaływania sił międzycząsteczkowych.

Idealny gaz jest więc teoretycznym modelem substancji, w której oddziaływanie cząstek jest prawie całkowicie nieobecne. Dla niego muszą istnieć następujące warunki:

1. Bardzo małe rozmiary cząsteczek.

2. Nie ma między nimi siły oddziaływania.

3. Zderzenia występują jako zderzenia elastycznych kulek.

Dobrym przykładem takiego stanu materii są gazy, w których ciśnienie w niskiej temperaturze nie przekracza ciśnienia atmosferycznego o współczynnik 100. Są klasyfikowane jako rozładowane.

Sama koncepcja "gazu idealnego" umożliwiłanauka zbuduje teorię molekularno-kinetyczną, której wnioski zostały potwierdzone w wielu eksperymentach. Teoria ta rozróżnia gazy idealne, klasyczne i kwantowe.

Cechy tych pierwszych znajdują odzwierciedlenie wprawa fizyki klasycznej. Ruch cząstek w tym gazie nie zależy od siebie, nacisk wywierany na ścianę jest równy sumie pędów, które są przenoszone przez poszczególne cząsteczki podczas kolizji. Ich energia, w sumie, składa się z pojedynczych cząstek. Praca gazu idealnego w tym przypadku jest obliczana równaniem Clapeyrona p = nkT. Uderzającym tego przykładem są prawa wywiedzione przez takich fizyków jak Boyle-Mariott, Gay-Lussac, Charles.

Jeśli idealny gaz obniża temperaturę lubzwiększa gęstość cząstek do określonej wartości i zwiększa ich właściwości falowe. Jest przejście do gazu kwantowego, w którym długości fal atomów i cząsteczek są porównywalne z odległością między nimi. Rozróżniamy tutaj dwa rodzaje gazu doskonałego:

1. Nauki Bosego i Einsteina: cząstki jednego rodzaju mają spin całkowity.

2. Statystyki Fermiego i Diraca: inny typ cząsteczki mający spin pół-integralny.

Różnica między klasycznym idealnym gazem ikwant jest taki, że nawet przy absolutnie zerowej temperaturze wartość energii i gęstość ciśnienia różni się od zera. Zwiększają się wraz ze wzrostem gęstości. W tym przypadku cząstki mają maksymalną (inną nazwę - graniczną) energię. Z tego punktu widzenia rozpatruje się teorię struktury gwiazd: w tych, w których gęstość jest powyżej 1-10 kg / cm3, prawo elektronowe jest wyraźnie wymawiane. A tam, gdzie przekracza 109 kg / cm3, substancja zamienia się w neurony.

W metalach zastosowanie teorii, w którejklasyczny idealny gaz zamienia się w kwantowy, pozwala nam wyjaśnić większość metalicznych właściwości stanu materii: im gęstsze cząstki, tym bliższy jest ideał.

W silnie wyraźnych niskich temperaturachróżnych substancji w stanie ciekłym i stałym, ruch zbiorowy cząsteczek można uznać za działanie gazu idealnego reprezentowanego przez słabe wzbudzenia. W takich przypadkach widoczny jest wkład w energię ciała, który dodaje cząstki.