Идеальный газ

Состояние некоторой массы газа m характеризуется такими физическими величинами, как объём (V), давление (P) и температура (T), которые являются основными термодинамическими параметрами. Можно доказать, что все параметры термодинамической системы, находящейся в равновесном состоянии, независимы: внутренние параметры такой системы зависят только от внешних параметров и температуры.

Температура – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В настоящее время можно применять только две температурные шкалы – термодинамическую в кельвинах (К) и Международную практическую, в градусах Цельсия (С^○). Соотношение между ними имеет вид:

.

При Т = 0 прекращается хаотическое тепловое движение молекул газа. Эта температура называется абсолютным нулем. Важно, что для идеального газа абсолютная температура не может быть отрицательной: но существуют системы, когда такие состояния осуществляются. Они носят название состояний с инверсной заселенностью энергетических уровней, то есть такие системы являются неравновесными.

Объём газа V всегда совпадает с объёмом сосуда, в котором он находится.

Давление есть физическая величина, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности по нормали к ней:

, [P] = Па.

Уравнение, связывающее любой термодинамический параметр системы с параметрами, принятыми в качестве независимых переменных, называется уравнением состояния. Уравнение состояния, связывающее для однородного тела давление P, объём V и температуру T, термодинамическим уравнением состояния системы:

.

Простейшим объектом, для которого в термодинамике может быть рассмотрено термическое уравнение состояния, является идеальный газ. Идеальным называется газ, молекулы которого имеют пренебрежительно малый собственный объём, не взаимодействуют друг с другом на расстоянии, а при взаимном столкновении ведут себя как абсолютно упругие шарики с диаметром d, зависящим от химической природы газа.

При нормальных условиях, то есть при давлении P₀ = 1,01×10⁵ Па и температуре Т₀ = 273,15 ^○К, многие газы (например, водород, гелий, неон, азот, кислород, воздух и другие) можно считать (с хорошим приближением) идеальными.